KR20120096343A - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관련된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 제조방법은 기판 상에 광흡수층을 증착하는 단계, 상기 광흡수층을 식각하여 제1 패턴을 가지는 제1 오목부를 형성하는 단계, 상기 제1 오목부가 형성됨으로 인해 노출된 상기 광흡수층의 절단면에 제1 도핑층을 형성하는 단계, 상기 광흡수층을 식각하여 제2 패턴을 가지는 제2 오목부를 형성하는 단계, 상기 제2 오목부가 형성됨으로 인해 노출된 상기 광흡수층의 절단면에 제2 도핑층을 형성하는 단계, 상기 제1 도핑층이 형성된 상기 제1 오목부에 금속 페이스트를 충진하여 제1 금속 전극을 형성하는 단계 및 상기 제2 도핑층이 형성된 상기 제2 오목부에 금속 페이스트를 충진하여 제2 금속 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 간단한 공정으로 태양전지 제조가 가능하며, 광 손실을 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 수평 구조를 가지는 박막형 태양전지와 그 제조방법과 관련된다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원인 태양 에너지가 무한할 뿐만 아니라 수명이 길다는 장점이 있다.
태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양 전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양 전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양 전지(tandem solar cell)로 구분되며, 실리콘 태양 전지가 주류를 이루고 있다.
일반적인 실리콘 태양 전지는 p형의 실리콘 반도체로 이루어진 기판과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층을 포함하고, 기판과 에미터층의 계면에는 다이오드와 유사하게 p-n 접합이 형성되어 있다.
이와 같은 구조를 갖는 태양 전지에 태양 광이 입사되면, 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 n형 또는 p형의 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 예를 들어, n형 실리콘 반도체로 이루어진n형 반도체 에미터층에서는 전자가 다수 캐리어(carrier)로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 p형 반도체 기판에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 n형 반도체 에미터층과 p형 반도체 기판쪽으로 끌어 당겨져, 전면 전극과 후면 전극으로 이동하여 이들 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
이러한 실리콘 태양 전지와 달리, 적층형 태양 전지는 광전 변환 효율을 높이기 위한 것으로, 서로 다른 광학적 밴드갭(optical band gap)을 갖도록 반도체 구조를 형성한다. 즉, 태양광이 먼저 흡수되는 쪽에는 광학적 밴드갭이 높은 반도체 물질(예를 들어, 비정질 실리콘)을 이용하여 형성된 반도체 구조인 제1 광흡수층을 형성하여 주로 단파장을 빛을 흡수하고, 나중에 흡수되는 쪽에는 광학적 밴드갭이 낮은 반도체 물질(예를 들어, 미세결정실리콘)을 이용하여 형성된 반도체 구조인 제2 광흡수층을 형성하여 주로 장파장 빛을 흡수하도록 한다.
기존의 박막형 태양전지는 투명전극 위에 p형 반도체층, 진성 반도체층, n형 반도체층을 차례로 적층하여 태양전지를 구성하였다. 이러한 구조에서는, 적층된 반도체층을 차례로 통과하면서 광 손실이 일어나는 것을 피하기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다. 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양 전지의 구조를 수직 구조에서 수평 구조로 바꾸어, 광 손실을 최소화할 수 있는 태양전지를 제공하는 것이다. 또한, 투명 전극을 사용하지 않음으로써 제조 비용을 절감하고, 모든 전극을 금속 전극으로 구성하여 금속의 높은 전기 전도도 특성을 이용할 수 있는 태양전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 기판 상에 광흡수층을 증착하는 단계; 상기 광흡수층을 식각하여 제1 패턴을 가지는 제1 오목부를 형성하는 단계; 상기 제1 오목부가 형성됨으로 인해 노출된 상기 광흡수층의 절단면에 제1 도핑층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층을 식각하여 제2 패턴을 가지는 제2 오목부를 형성하는 단계; 상기 제2 오목부가 형성됨으로 인해 노출된 상기 광흡수층의 절단면에 제2 도핑층을 형성하는 단계; 상기 제1 도핑층이 형성된 상기 제1 오목부에 금속 페이스트를 충진하여 제1 금속 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제2 도핑층이 형성된 상기 제2 오목부에 금속 페이스트를 충진하여 제2 금속 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 형성되며, 제1 오목부 및 제2 오목부를 포함하는 광흡수층; 상기 제1 오목부로 인해 노출된 상기 광흡수층의 절단면에 형성된 제1 도핑층; 상기 제2 오목부로 인해 노출된 상기 광흡수층의 절단면에 형성된 제2 도핑층; 상기 제1 오목부 및 상기 제1 도핑층 상에 형성된 제1 금속 전극; 및 상기 제2 오목부 및 상기 제2 도핑층 상에 형성된 제2 금속 전극을 포함하는 태양전지가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 태양전지의 광 손실을 줄여 효율을 향상시킬 수 있고, 투명 전극이 불필요함으로 인해 제조 단가를 낮출 수 있다. 또한 광흡수층을 패터닝함과 동시에 전극 배선 형성을 동시에 할 수 있어 제조 공정을 간소화할 수 있고, 에지 아이솔레이션 공정이 불필요하여 에지 아이솔레이션 으로 인한 데드 존(dead zone)을 줄일 수 있다. 또한 투명 전극 대신 모든 전극이 금속으로 이루어져, 금속 전극의 높은 전기 전도도를 이용할 수 있다.
도 1 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 구조의 태양전지의 제조 공정을 나타낸 공정도.
도 12 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평 구조의 태양전지의 제조 공정을 나타낸 공정도.
도 17 내지 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 공정 단계 별 평면도.
도 21 내지 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 전극 연결 방법을 도시한 평면도.
도 12 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평 구조의 태양전지의 제조 공정을 나타낸 공정도.
도 17 내지 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 공정 단계 별 평면도.
도 21 내지 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 전극 연결 방법을 도시한 평면도.
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 형성되어있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예인 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 구조의 태양전지의 제조 공정을 나타낸 공정도이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 광흡수층(110)이 증착된다. 광흡수층(110)은 이후 다양한 방법을 통해 패터닝될 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 포토 레지스트를 이용한 포토 리소그래피 방법에 의한 패터닝을 예시하여 설명하도록 한다. 도 2를 참조하면, 포토 리소그래피 공정을 통해 광흡수층(110) 상에는 제1 오목부(111)를 형성하기 위한 마스크 레이어(200)가 형성된다. 본 발명의 실시예에 따른 태양전지를 위에서 내려다 봤을 때, 제1 오목부(111)의 패턴은 이후 도 17 이하의 평면도에 도시된다. 이하, 제1 오목부(111)의 패턴은 제1 패턴이라 지칭하도록 한다. 그리고 도 4를 참조하면, 제1 오목부(111)에는 제1 도핑층(300) 및 제1 전극(510)이 형성되는데, 제1 도핑층(300) 및 제1 전극(510) 역시 제1 패턴으로 형성된다.
도 3을 참조하면, 제1 오목부(111)가 형성됨으로 인해, 광흡수층(110)의 수직 방향 절단면이 드러나게 된다. 해당 절단면에는 제1 도전형으로 도핑된 제1 도핑층(300)이 형성된다. 일 예로, 제1 도전형은 p형일 수 있으며, 제1 도핑층(300)은 p형 도핑층일 수 있다. 제1 도핑층(300)은 증착의 방식으로 형성되거나, 불순물 도핑의 방식으로 형성될 수 있다. 또는 일 예로, 선택적 에피택시얼 성장(Selective Epitaxial Growth) 방법에 의하여 제1 도핑층(300)이 형성될 수도 있다. 선택적 에피택시얼 성장은 본 발명의 실시예의 경우 선택적 단결정 실리콘 성장이라고도 지칭될 수 있으며, 실리콘 박막 증착 방법의 하나로서, 필요한 영역에 선택적으로 실리콘을 성장시켜 증착하는 방법이다. 실리콘 박막은 폴리머 상에서는 성장하지않고, 실리콘 상에서 성장한다는 점을 이용하여 실리콘 재질의 광흡수층(110)에 선택적으로 p형 도핑층 또는 n형 도핑층을 성장시켜 형성할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 제1 오목부(111)와 그 절단면 상에 제1 도핑층(300)이 형성되면, 도 5에 도시된 것처럼 제1 패턴의 개구부(210)을 가지는 마스크 레이어(200)를 제거하고, 도 6에 도시된 바와 같이 제2 패턴의 오목부를 형성하기 위한 마스크 레이어가 새로이 증착된다. 제2 패턴의 오목부는 이하에서 제2 오목부(113)라 지칭하도록 한다. 제1 오목부(111)와 제2 오목부(113)는 교번하여 배열될 수 있다.
제2 오목부(113)를 패터닝하기 위해서, 제1 오목부(111) 형성과 마찬가지로 포토 리소그래피가 이용될 수 있다. 즉, 제2 패턴의 개구부(220)를 포함하는 마스크 레이어(200)를 광흡수층(110) 상에 증착된 후, 개구부(220)의 형상, 즉 제2 패턴으로 제2 오목부(113)가 형성된다. 이 밖에도 레이저를 이용하여 제2 오목부(113)를 식각할 수도 있다. 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명하는 본 실시예에서는 포토 리소그래피 방법을 이용하는 경우를 예시하며, 이에 따라 포토 레지스트를 마스크 레이어로 이용하는 방법을 예시하도록 한다.
제2 오목부(113)가 광흡수층(110) 상에 형성됨으로 인해, 광흡수층(110)의 또 다른 절단면이 드러난다. 제2 오목부(113)의 생성에 따른 절단면에는 제2 도핑층(400)이 형성된다. 제2 도핑층(400)은 n형 도핑층일 수 있다. 제2 도핑층(400)은 절단면이 제2 도전형 물질로 도핑되거나, 절단면 상에 제2 도전형을 가지는 별도의 층이 증착됨으로써 형성될 수 있다.
제1 오목부(111)에 제1 도핑층(300)이 형성되고, 제2 오목부(113)에 제2 도핑층(400)이 형성되면, 마스크 레이어는 제거된다. 그리고 제1 오목부(111)와 제2 오목부(113)에는 금속 전극 형성을 위한 금속 페이스트(500)가 충진되어, 제1 전극(510)과 제2 전극(520)이 각각 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 오목부(111), 제1 도핑층(300), 제2 오목부(113), 제2 도핑층(400) 및 광흡수층(110) 상에 금속 페이스트(500)가 도포된다. 그리고 도 11을 참조하면, 제1 오목부(111), 제1 도핑층(300), 제2 오목부(113), 제2 도핑층(400) 이외의 부분에 도포된 금속 페이스트(500)는 제거됨으로써 제1 전극(510)과 제2 전극(520)이 형성된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는 광흡수층(110)과 제1 도핑층(300)과 제2 도핑층(400)으로 지칭된 p형 도핑층과 n형 도핑층이 수직적으로 적층된 구조가 아닌, 수평하게 배열된 구조를 가진다. 따라서 태양광이 수직 방향으로 수광되는 점을 고려하면, 수평 구조를 가지는 태양전지는 수직 구조를 가지는 태양전지에서 생겨날 수밖에 없는 광 손실이 최소화될 수 있다.
또한 종래 기술에서는 태양전지 제조 시, 기판에 n형 불순물을 도핑하여 에미터층을 형성하였는데, 이 과정에서 기판의 측면에도 n형 불순물이 도핑될 수 있었다. 기판의 측면에 불순물이 도핑될 경우 기판의 전, 후면이 전기적으로 연결되는 문제가 있다. 따라서 기판의 전면과 후면을 절연시키기 위해 에미터층을 분리(Isolation)하는 홈을 형성하는 에지 아이솔레이션 공정이 추가되어야 했다.
즉 종래 기술의 경우 에지 아이솔레이션이라는 공정 자체가 추가됨으로 인한 번거로움뿐만 아니라, 에지 아이솔레이션에 의해 홈이 생긴 부위는 데드존이 되는 문제도 있었다. 그러나 본 발명의 실시예에서와 같이 전극을 형성하는 경우, 제1 전극(510)과 제2 전극(520) 간의 임의적인 전기적 연결은 차단되므로, 별도의 에지 아이솔레 이션 공정이 추가될 필요가 없다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 태양전지 제조 공정이 일부 간소화되고, 에지 아이솔레이션(edge isolation)에 의한 데드존(dead zone)이 발생되지 않는다는 장점이 있다.
도 12 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평 구조의 태양전지의 제조 공정을 나타낸 공정도이다.
도 12는 기판(100) 상에 삼중접합 구조의 광흡수층(110)이 형성되어 있는 모습을 나타낸다. 광흡수층은 제1 광흡수층(110), 제2 광흡수층(120) 및 제3 광흡수층(130)을 포함한다. 단일접합 a-Si:H 태양전지의 열화를 최소화하고 효율을 높이기 위해 이중접합(tandem) 구조 또는 삼중접합(triple junction) 구조의 태양전지가 사용될 수 있다. 또한 이중 또는 삼중접합 구조는 보다 다양한 파장대의 광을 흡수하여 이용하기 위하여 사용될 수 있다.
예컨대 제1 광흡수층(130)은 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon: a-Si:H)을 이용하는 비정질 실리콘 셀로 형성될 수 있으며, 약 1.7eV의 광학 밴드갭을 갖고 근자외선, 보라, 파랑 등과 같은 단파장 대역의 빛을 주로 흡수한다. 이러한 제1 광흡수층(130)은 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD))에 의해 형성될 수 있다.
제2 광흡수층(140)에는 제1 광흡수층(130)에 사용된 a-Si에 비하여 광학적 밴드갭이 1.4eV 정도로 더 작은 a-SiGe가 사용될 수 있으며, 중간 파장의 녹색 계열의 광을 흡수한다. 그리고 제3 광흡수층(150)은 수소화된 미세결정 실리콘(hydrogenated micro-crystalline silicon, mc-Si:H) 또는 수소화된 나노결정 실리콘(nc-Si:H)을 이용한 실리콘 셀이 사용될 수 있고, 약 1.1eV의 광학 밴드갭을 갖고 적색에서 근적외선까지의 장파장 대역의 빛을 주로 흡수한다.
그리고 제1 광흡수층(110)과 제2 광흡수층(120) 사이, 그리고 제2 광흡수층(120)과 제3 광흡수층(130) 사이에는 절연막(115)이 삽입되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는 광흡수층(110, 120, 130)과 p형 도핑층과 n형 도핑층, 제1 전극(510) 및 제2 전극(520)이 수평 방향으로 배열된 구조를 가지므로 전자와 정공의 수평 방향으로 이동하는 것이 중요하다. 따라서 전자와 정공의 수평 방향으로의 이동성을 보장하기 위하여 제1 광흡수층(110), 제2 광흡수층(120), 제3 광흡수층(130)들의 사이에 절연막(115)이 삽입될 수 있다.
도 13을 참조하면, 삼중접합 구조의 광흡수층에 제1 오목부(111)가 형성된 모습이 도시되어 있다. 제1 오목부(111)의 형성 방법은 앞서 설명한 바와 같은 포토 레지스트, 레이저 스크라이빙, 에칭 등의 다양한 방법이 사용될 수 있다. 다만 마스크 레이어를 이용한 오목부 형성 과정에 대해서는 앞서 설명하였으므로, 중복된 도면과 설명은 생략하도록 한다. 제1 오목부(111)는 제1 광흡수층(110), 제2 광흡수층(120), 제3 광흡수층(130) 및 각각의 광흡수층 간의 절연막(115)을 관통한다.
그리고 제1 오목부(111)의 형성으로 인해 제1 광흡수층(110), 제2 광흡수층(120), 제3 광흡수층(130)에는 절단면이 드러나는데, 이 절단면에는 제1 도핑층(300)이 형성된다. 제1 도핑층(300)이 형성된 모습은 도 14에 도시되어 있다. 또한 제1 오목부(111)와 교번하는 위치에, 제2 오목부(113)가 형성된다. 제2 오목부(113)의 형성 방법 역시 앞서 설명한 바와 동일한 공정이 적용될 수 있다. 제2 오목부(113)로 인해 드러난 제1 광흡수층(110), 제2 광흡수층(120), 제3 광흡수층(130)의 절단면에는 제2 도핑층(400)이 형성된다.
제1 도핑층(300)과 제2 도핑층(400)의 불순물 도핑 또는 증착 방법은 단일 접합 구조를 가지는 광흡수층(110)이 적용된 태양전지의 경우와 동일할 수 있다.
도 16을 참조하면, 제1 도핑층(300)과 제2 도핑층(400)이 각각 형성되어 있는 제1 오목부(111)와 제2 오목부(113)의 내부에는 금속 전극이 형성된다. 제1 오목부(111) 내에, 제1 도핑층(300)과 접촉되는 금속 전극을 제1 전극(510)이라 지칭하며, 제2 오목부(113) 내에, 제2 도핑층(400)과 접촉되는 금속 전극을 제2 전극(520)이라 지칭한다. 제1 전극(510)과 제2 전극(520)은 기존의 태양전지에서 전면의 투명 전극과 후면의 금속 전극과 같은 역할을 수행할 수 있다.
도 17 내지 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 공정 단계 별 평면도이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지를 위에서 내려다 본 모습을 도시한다.
도 1 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지를 단면도를 통해 수직 방향의 구조를 설명하였고, 도 17 내지 도 20을 참조하여 수평 방향의 형상을 설명하도록 한다. 제1 패턴과 제2 패턴이 평면도에 나타난다.
도 17은 제1 패턴의 제1 오목부(111)가 형성되고, 제1 오목부(111)로 인한 광흡수층(110)의 절단면에 제1 도핑층(300)이 형성된 모습을 나타낸다. 제1 오목부(111)가 형성됨으로써 기판(100)의 일부 면적이 제1 패턴의 형상으로 드러나게 된다.
도 18은 제2 패턴의 제2 오목부(113)가 형성되고, 제2 오목부(113)로 인한 광흡수층(110)의 절단면에 제2 도핑층(400)이 형성된 모습을 나타낸다. 제2 오목부(113)가 형성됨으로써 기판(100)의 일부 면적이 제2 패턴의 형상으로 드러나게 된다.
참고로, 앞선 설명에서는 제1 오목부(111)와 제1 도핑층(300)을 먼저 형성하고, 그 상태에서 제2 오목부(113)와 제2 도핑층(400)을 형성하는 경우를 가정하여 공정을 도시하고 설명하였으나, 제1 오목부(111)와 제2 오목부(113)의 생성 순서에는 제한이 없다. 따라서 평면도에서는 제1 패턴과 제2 패턴이 각각 식각된 상태의 광흡수층(110)을 나타내도록 한다.
도 19에 도시된 바와 같이 제1 오목부(111), 제1 도핑층(300), 제2 오목부(113) 및 제2 도핑층(400)이 모두 형성되면, 도 20에 도시된 바와 같이 제1 오목부(111)와 제2 오목부(113)에는 제1 전극(510)과 제2 전극(520)이 형성된다. 제1 전극(510)과 제2 전극(520)은 제1 오목부(111)와 제2 오목부(113)에 금속 전극이 채워지는 다마신(damasin) 공법에 의하여 형성될 수 있다.
제1 광흡수층(130), 제2 광흡수층(140) 및 제3 광흡수층(150) 모두 태양광의 반사율 저하와 광 포획량 증가를 위헤 표면이 텍스처링 처리될 수 있다. 즉 광 흡수층(110)과 제1 전극(510) 및 제2 전극(520)의 상부 표면은 랜덤(random)한 피라미드 구조를 갖는 복수 개의 요철이 형성된 텍스처링 표면(texturing surface)을 구비할 수 있다. 이와 같이, 표면을 텍스처링함에 따라 빛 반사도를 감소시키고, 피라미드 구조에서 복수 회에 걸친 빛의 입사와 반사 동작이 행해짐에 따라 태양 전지 내부에 빛이 갇히게 되어 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지의 효율이 향상될 수 있다. 이때 형성되는 요철의 높이는 약 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
제1 전극(510)은 제1 오목부(111)에 형성되어, 제1 도핑층(예컨대 p형 도핑층)(300)과 전기적으로 연결되어 있다. 제2 전극(520)은 제2 오목부(113)에 형성되어, 제2 도핑층(예컨대, n형 도핑층)(400)과 전기적으로 연결되어 있다. 제1 전극(510)과 제2 전극(520) 중 어느 하나는 전자를 나머지 하나는 정공을 수집한다.
제1 전극(510)과 제2 전극(520)은 도전성 금속 물질로 이루어지며, 기존에 사용되던 투명 전극에 비하여 높은 전기 전도도를 가진다. 제1 전극(510)과 제2 전극(520)은 형성 방법에 따라 다양한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스크린 인쇄법으로 제1 전극(510)과 제2 전극(520)을 제조할 경우, 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있고, 잉크젯이나 디스펜싱법(dispensing)으로 제조할 경우 니켈(Ni), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
또한 도금법으로 제1 전극(510)과 제2 전극(520)을 형성할 때 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있고, 증착법으로 후면 전극(50)을 형성할 때에는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 티타늄(Ti), 납(Pd), 크롬(Cr), 텅스턴(W) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한 스크린 인쇄법으로 제1 전극(510)과 제2 전극(520)을 형성할 경우, 은(Ag)과 도전성 고분자의 혼합물을 사용할 수 있다.
제1 전극(510)과 제2 전극(520)이 별도의 연결 전극에 의해 연결되기 전까지는, 제1 전극(510)과 제2 전극(520)은 전기적으로 연결되지 않는다. 제1 전극(510)과 제2 전극(520)이 연결된 모습은 이하의 도 20 내지 도 21을 참조하여 설명한다.
도 21 내지 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 전극 연결 방법을 도시한 평면도.
도 21을 참조하면, 제1 전극(510)과 제2 전극(520)은 병렬로 연결된다. 그리고 도 22는 제1 전극(510)과 제2 전극(520)이 직렬로 연결된 모습을 예시한다.
연결 전극(530)이 접촉되는 부위의 너비를 나머지 부분에 비하여 상대적으로 넓게 디자인하여, 제1 전극(510) 및 제2 전극(520)과 연결 전극(530) 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다.
제1 전극(510)과 제2 전극(520)이 직렬로 연결되는 경우, 태양전지는 상대적으로 고전압, 저전류의 스펙을 가지게 된다. 반면 제1 전극(510)과 제2 전극(520)이 병렬로 연결되는 경우 태양전지는 상대적으로 저전압, 고전류의 스펙을 가지게 된다. 따라서 제1 전극(510)과 제2 전극(520)의 직렬/병렬 연결의 비율을 조절함으로써 태양전지의 전압과 전류의 출력을 세팅할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 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.
100 : 기판 110 : 광흡수층
111 : 제1 오목부 113 : 제2 오목부
200 : 마스크 레이어 210 : 제1 패턴의 개구부
220 : 제2 패턴의 개구부 300 : 제1 도핑층
400 : 제2 도핑층 500 : 금속 페이스트
510 : 제1 전극 520 : 제2 전극
111 : 제1 오목부 113 : 제2 오목부
200 : 마스크 레이어 210 : 제1 패턴의 개구부
220 : 제2 패턴의 개구부 300 : 제1 도핑층
400 : 제2 도핑층 500 : 금속 페이스트
510 : 제1 전극 520 : 제2 전극
Claims (23)
- 기판 상에 광흡수층을 증착하는 단계;
상기 광흡수층을 식각하여 제1 패턴을 가지는 제1 오목부를 형성하는 단계;
상기 제1 오목부가 형성됨으로 인해 노출된 상기 광흡수층의 절단면에 제1 도핑층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층을 식각하여 제2 패턴을 가지는 제2 오목부를 형성하는 단계;
상기 제2 오목부가 형성됨으로 인해 노출된 상기 광흡수층의 절단면에 제2 도핑층을 형성하는 단계;
상기 제1 도핑층이 형성된 상기 제1 오목부에 금속 페이스트를 충진하여 제1 금속 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제2 도핑층이 형성된 상기 제2 오목부에 금속 페이스트를 충진하여 제2 금속 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 광흡수층을 식각하기 전에,
상기 광흡수층 상에 마스크 레이어를 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 광흡수층의 상기 제1 오목부는 상기 마스크 레이어에 형성된 상기 제1 패턴에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 패턴이 형성된 상기 마스크 레이어는 포토 리소그래피 방식에 의해 생성된 포토 레지스트인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 광흡수층을 식각하기 전에,
상기 광흡수층 상에 마스크 레이어를 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 광흡수층의 상기 제2 오목부는 상기 마스크 레이어에 형성된 상기 제2 패턴에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 제2 패턴이 형성된 상기 마스크 레이어는 포토 리소그래피 방식에 의해 생성된 포토 레지스트인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도핑층은 p형 도핑층이고 상기 제2 도핑층은 n형 도핑층인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도핑층은 n형 도핑층이고 상기 제2 도핑층은 p형 도핑층인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 연결 전극을 통해 전기적으로 연결되며, 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 연결 전극을 통해 전기적으로 연결되며, 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 광흡수층은 2 이상의 실리콘층이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 실리콘층들의 사이에는 절연막이 삽입된 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도핑층은 상기 제1 패턴의 홈의 상기 절단면에 제1 도전형 도펀트를 확산시킴으로써 생성하고,
상기 제2 도핑층은 상기 제2 패턴의 홈의 상기 절단면에 제2 도전형 도펀트를 확산시킴으로써 생성하는 것을 특징으로 하는
태양전지 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 도핑층 또는 제2 도핑층 중 하나 이상은 선택적 에피택시얼 성장(Selective epitaxial growth) 방법에 의해 상기 절단면 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법. - 기판;
상기 기판 상에 형성되며, 제1 오목부 및 제2 오목부를 포함하는 광흡수층;
상기 제1 오목부로 인해 노출된 상기 광흡수층의 절단면에 형성된 제1 도핑층;
상기 제2 오목부로 인해 노출된 상기 광흡수층의 절단면에 형성된 제2 도핑층;
상기 제1 오목부 및 상기 제1 도핑층 상에 형성된 제1 금속 전극; 및
상기 제2 오목부 및 상기 제2 도핑층 상에 형성된 제2 금속 전극;
를 포함하는 태양전지. - 제14항에 있어서,
상기 광흡수층의 상기 제1 오목부는 제1 패턴의 개구부를 포함하는 마스크 레이어에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제15항에 있어서,
상기 제1 패턴이 형성된 상기 마스크 레이어는 포토 리소그래피 방식에 의해 생성된 포토 레지스트인 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제14항에 있어서,
상기 광흡수층의 상기 제2 오목부는 제2 패턴의 개구부를 포함하는 마스크 레이어에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제17항에 있어서,
상기 제2 패턴이 형성된 상기 마스크 레이어는 포토 리소그래피 방식에 의해 생성된 포토 레지스트인 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제14항에 있어서,
상기 제1 도핑층과 상기 제2 도핑층 중 어느 하나는 p형 도핑층이고 나머지 하나는 n형 도핑층인 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제14항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 연결 전극을 통해 전기적으로 연결되며, 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제14항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 연결 전극을 통해 전기적으로 연결되며, 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제14항에 있어서,
상기 광흡수층은 2 이상의 실리콘층이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 태양전지. - 제22항에 있어서,
상기 실리콘층들의 사이에는 절연막이 삽입된 것을 특징으로 하는 태양전지.
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|---|---|---|---|---|
| KR101506116B1 (ko) * | 2014-05-23 | 2015-03-26 | 성균관대학교산학협력단 | 패턴화된 태양전지용 유리기판을 제조하는 방법 및 패턴화된 태양전지용 유리기판을 이용한 태양전지 제조 방법 |
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