KR20120105168A - 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지의 한 예는 복수의 비아홀을 갖는 기판, 상기 기판의 제1 면에 위치하고 제1 면저항값을 갖는 에미터부, 상기 에미터부와 연결되어 있고, 상기 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 반도체 전극, 상기 기판의 제1 면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 제2 면에 위치하고, 상기 복수의 비아홀을 통해 상기 반도체 전극과 연결되어 있는 제1 전극, 상기 기판의 상기 제2 면에 상기 제1 전극과 분리되게 위치하고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극, 그리고 상기 제2 면에 위치하고, 상기 제1 전극과 연결되어 있는 제1 도전성 연결부를 포함하며, 상기 복수의 비아홀은 상기 반도체 전극과 상기 제1 전극이 중첩하는 부분에 형성된다. 이로 인해, 에미터부보다 낮은 면저항값을 갖는 반도체 전극에 의해 제1 전극으로 이동하는 전하의 양이 증가하므로 태양 전지의 효율이 향상된다.

Description

태양 전지{SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지에 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 전자와 정공이 생성되고, 생성된 전자와 정공은 p-n 접합에 의해 각각 해당 방향, 즉, 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 비아홀을 갖는 기판, 상기 기판의 제1 면에 위치하고 제1 면저항값을 갖는 에미터부, 상기 에미터부와 연결되어 있고, 상기 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 반도체 전극, 상기 기판의 제1 면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 제2 면에 위치하고, 상기 복수의 비아홀을 통해 상기 반도체 전극과 연결되어 있는 제1 전극, 상기 기판의 상기 제2 면에 상기 제1 전극과 분리되게 위치하고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극, 그리고 상기 제2 면에 위치하고, 상기 제1 전극과 연결되어 있는 제1 도전성 연결부를 포함하며, 상기 복수의 비아홀은 상기 반도체 전극과 상기 제1 전극이 중첩하는 부분에 형성된다.
상기 반도체 전극은 상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고, 서로 다른 방향인 제1 방향과 제2 방향으로 각각 뻗는 제1 부분과 제2 부분을 구비할 수 있다.
상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 복수의 교차점을 구비할 수 있다.
상기 복수의 비아홀은 상기 복수의 교차점에 위치하는 것이 좋다.
상기 반도체 전극은 상기 비아홀의 측면에 더 위치하는 것이 바람직하다.
상기 반도체 전극은 상기 기판의 상기 제2 면에 더 위치하고, 상기 제1 전극은 상기 기판의 상기 제2 면에 위치한 상기 반도체 전극과 접해 있는 것이 좋다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 각각 다른 제3 방향으로 뻗어 있을 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고 상기 에미터부와 상기 반도체부 위에 위치하는 반사 방지부를 더 포함할 수 있다.
상기 반사 방지부는 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 반사 방지부는 상기 복수의 비아홀 내부에 위치할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제2 전극과 접하는 상기 기판의 상기 제2 면에 위치한 전계부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판의 상기 제1 면은 빛이 입사되는 입사면일 수 있다.
상기 기판은 제1 도전성 타입의 반도체로 이루어지고, 상기 에미터부는 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 것이 좋다.
상기 반도체 전극은 상기 에미터부와 동일한 도전성 타입을 갖는 것이 바람직하다.
상기 제1 도전성 연결부는 상기 제1 전극과 동일한 재료로 이루어지거나 다른 재료로 이루어질 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제2 면에 위치하고, 상기 제2 전극과 연결되어 있는 제2 도전성 연결부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 도전성 연결부는 상기 제2 전극과 동일한 재료로 이루어지거나 다른 재료로 이루어질 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 에미터부보다 낮은 면저항값을 갖는 반도체 전극에 의해 제1 전극으로 이동하는 전하의 양이 증가하므로 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 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 전면 일부와 후면 일부에 대한 개략적인 평면도로서, (a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 전면 일부에 대한 개략적인 평면도이고, (b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 후면 일부에 대한 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 기판의 후면에 대한 개략적인 평면도이다.
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. 층, 막, 영역, 기판 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 도 1 내지 도 4 를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(11)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치한 에미터부(emitter region)(121), 에미터부(121)와 연결되어 있는 반도체 전극(123), 에미터부(121)와 반도체 전극(123) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 반도체 전극(123)과 연결되어 있는 복수의 제1 전극(141), 기판(110)의 전면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(back surface)'이라 함]에 위치하는 복수의 후면 전계(back surface field, BSF)부(BSF region)(172), 복수의 후면 전계부(172)에 연결되어 있는 복수의 제2 전극(151), 복수의 제1 전극(141)과 연결되어 있는 제1 버스바(142), 그리고 복수의 제2 전극(151)과 연결되어 있는 제2 버스바(152)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘(silicon)과 같은 반도체로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 반도체는 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘과 같은 결정질 반도체이다. 이러한 기판(110)은 자신을 관통하는 복수의 비아홀(via hole, 181)을 구비하고 있다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 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.
도 1 및 도 2와는 달리, 대안적인 예에서, 기판(110)의 전면은 건식 식각법이나 습식 식각법을 이용한 별도의 텍스처링 공정을 통해 텍스처링(texturing) 처리되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 전면 위에 위치한 에미터부(121)와 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다. 또한, 텍스처링 공정을 행하기 전에, 실리콘 등으로 이루어진 반도체 잉곳(ingot)을 절단하여 태양 전지용 기판을 제작할 때 절단 공정 시 기판의 표면에 발생하는 손상 부분을 제거하기 위한 별도의 공정(saw damage removing process)이 행해질 수 있다.
이와 같이, 기판(110)의 전면이 텍스처링되어 있을 경우, 기판(110)의 입사 면적이 증가하고 요철에 의한 복수 번의 반사 동작으로 빛 반사도가 감소하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하므로 태양 전지(11)의 효율이 좀더 향상된다.
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.
에미터부(121)와 연결된 반도체 전극(123)은 기판(110)의 전면에 위치하고 에미터부(121)와 동일하게 제2 도전성 타입의 불순물이 기판(110)에 도핑된 영역으로서 역시 기판(110)과 p-n 접합을 형성한다.
도 3의 (a)에 도시한 것처럼, 반도체 전극(123)은 기판(110)의 전면에서 제1 방향으로 뻗어 있는 제1 부분(1231)과 제1 방향과 교차 방향인 제2 방향으로 뻗어 있는 제2 부분(1232)을 구비하고 있다. 따라서, 반도체 전극(123)의 제1 부분(1231)과 제2 부분(1232)은 교차 부분에서 서로 연결되어 있다. 도 1 및 도 3의 (a)에 도시한 것처럼, 본 예에서, 복수의 비아홀(181)은 제1 부분(1231)과 제2 부분(1232)의 교차 부분에 위치한다. 이러한 반도체 전극(123)은 도 2에 도시한 것처럼 비아홀(181) 내부의 면, 즉 비아홀(181)의 측면에도 위치하며, 또한, 제1 전극(141)이 형성된 기판(110)의 후면에 형성되어 있다. 따라서, 기판(110)의 후면에 형성된 반도체 전극(123)의 부분은 제1 전극(141)과 연결되어 있다.
따라서, 반도체 전극(123)은 기판(110)의 전면에서 격자 형상으로 배치되어 있다. 이때, 제1 방향과 제2 방향은 기판(110)의 측면 중 하나와 나란한 방향, 예를 들어 평행한 방향이 아니라 측면 중 하나에 대해 사선 방향이므로, 반도체 전극(123)은 기판(110)의 측면에 나란하게 배치되지 않고 기판(110)의 한 측면과 소정 각도(θ1, θ2)를 이루며 뻗어 있다.
이때, 각도(θ1)는 제1 방향으로 뻗어 있는 반도체 전극(123)의 제1 부분(1231)과 기판(110)의 한 측면이 이루는 각도이고, 각도(θ2)는 제2 방향으로 뻗어 있는 반도체 전극(123)의 제2 부분(1232)과 기판(110)의 한 측면이 이루는 각도이며, 이들 각도(θ1, θ2)는 0도 보다 크고 90도 보다 작은 각이다. 도 3에 도시한 것처럼, 이들 각도(θ1, θ2)는 한 예로서 45도의 값을 가진다. 또한, 도 3에서 제1 방향과 제2 방향은 수직으로 교차하지만 0도보다 크고 90도보다 작은 각도로 교차할 수 있다.
이러한 반도체 전극(123)은 에미터부(121)와 다른 불순물 도핑 두께를 갖고 있다.
즉, 반도체 전극(123)의 불순물 도핑 두께는 에미터부(121)의 불순물 도핑 두께보다 크다. 따라서, 반도체 전극(123)과 에미터부(121)의 불순물 도핑 두께가 서로 상이하므로, 반도체 전극(123)과 에미터부(121)의 불순물 도핑 농도 역시 상이하다. 따라서, 반도체 전극(123)의 불순물 도핑 농도는 에미터부(121)의 불순물 도핑 농도보다 크다.
이처럼, 반도체 전극(123)과 에미터부(121)의 불순물 도핑 두께가 서로 상이하므로, 에미터부(121)의 두께(d11)와 반도체 전극(123)의 두께(d12) 역시 서로 상이하다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 에미터부(121)의 두께(d11)는 반도체 전극(123)의 두께(d12)보다 작다.
반도체 전극(123)의 상부 표면은 에미터부(121)의 상부 표면으로부터 반사 방지부(130) 쪽으로 돌출되어 있어 에미터부(121)의 상부 표면과 반도체 전극(123) 의 상부 표면은 각각 기판(110)의 후면과 평행한 서로 다른 선 상에 위치한다. 따라서, 에미터부(121)와 반도체 전극(123)이 형성된 기판(110)의 전면은 에미터부(121)와 반도체 전극(123)의 불순물 도핑 두께 차이로 인해 요철면을 가진다. 이때, 기판(110)의 전면이 텍스처링 표면을 가질 경우, 텍스처링 표면의 각 요철의 높이 차이로 인한 오차 범위 내에 존재하는 크기의 제1 두께(d11)는 서로 동일하고, 역시 각 요철의 높이 차이로 인한 오차 범위 내에 존재하는 크기의 제2 두께(d12)는 서로 동일한 것으로 간주하다. 이때, 에미터부(121)의 상부 표면과 반도체 전극(123)의 상부 표면은 기판(110)의 후면에 대해 평행하고 반사 방지부(130)와 접해 있다.
또한, 에미터부(121)와 반도체 전극(123)의 불순물 도핑 두께 차이로 인해, 에미터부(121)와 반도체 전극(123)의 면저항값(sheet resistance) 역시 서로 상이하다. 일반적으로 면저항값은 불순물 도핑 두께에 반비례하므로, 불순물 도핑 두께가 얇은 에미터부(121)의 면저항값이 반도체 전극(123)의 면저항값보다 크다. 예를 들어, 에미터부(121)의 면저항값은 약 80Ω/sq. 내지 약 150Ω/sq. 일 수 있고, 반도체 전극(123)의 면저항값은 약 5Ω/sq. 내지 약 30Ω/sq. 일 수 있다.
도 1 및 도 3의 (a)에 도시한 것처럼, 기판(110)에 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑된 부분(121, 123) 중에서, 격자 형태로 배치된 반도체 전극(123)을 제외한 부분이 에미터부(121)가 되어, 반도체 전극(123)에 의해 에워싸여 있는 에미터부(121)의 형상은 마름모 형상을 갖는다.
이처럼, 기판(110)과 p-n 접합을 형성하는 에미터부(121)와 반도체 전극(123)은 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자와 정공 중 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(121) 및 반도체 전극(123)이 n형일 경우, 정공은 기판(110) 후면 쪽으로 이동하고 전자는 에미터부(121) 및 반도체 전극(123) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121) 및 반도체 전극123)은 기판(110), 즉, 기판(110)의 제1 도전성 부분과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121) 및 반도체 전극(123)은 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 전자는 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하고 정공은 에미터부(121) 및 반도체 전극(123)쪽으로 이동한다.
에미터부(121) 및 반도체 전극(123)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121) 및 반도체 전극(123)은 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.
이와 같이, 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 에미터부(121) 및 반도체 전극(123)과의 p-n 접합에 의해 전자와 정공의 이동이 이루어질 때, 면저항값과 불순물 도핑 농도가 서로 상이한 에미터부(121)와 반도체 전극(123)에 의해, 전하의 이동 방향과 불순물에 의한 전하의 손실량이 달라지게 된다.
즉, 일반적으로 불순물부, 즉, 에미터부(121)와 반도체 전극(123) 중 면저항값이 높은 부분을 통해 이동할 때보다 면저항값이 낮은 부분을 통해 이동할 때, 전하의 이동은 보다 용이하게 행해지고, 또한, 불순물 도핑 농도가 증가할 수록 해당 부분의 전도도는 증가하게 된다.
따라서, 본 예와 같이, 해당 전하(예, 전자)가 에미터부(121)와 반도체 전극(123)으로 이동할 경우, 높은 면저항값을 갖는 에미터부(121)에 위치한 전하는 자신보다 낮은 면저항값을 갖고 있고 자신이 위치한 곳에서부터 가까운 곳에 위치하는 반도체 전극(123)으로 이동하게 된다. 이때, 에미터부(121)의 불순물 도핑 농도가 반도체 전극(123)에 비해 작기 때문에, 에미터부(121)에서 반도체 전극(123)으로 이동하는 도중 불순물에 의해 전하가 손실되는 양은 줄어든다.
따라서, 기판(110)의 전면 쪽에 위치한 에미터부(121)까지 이동한 전하(예, 전자)는 에미터부(121)의 상부 표면을 따라서 자신보다 면저항값이 낮은 인접한 반도체 전극(123) 쪽으로 이동한다. 따라서 반도체 전극(123)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하를 전송하는 반도체 채널(semiconductor channel)로서 작용한다.
이미 설명한 것처럼, 반도체 전극(123)의 제1 부분(1231)과 제2 부분(1232)이 교차하는 지점에 복수의 비아홀(181)이 위치하고, 또한, 복수의 비아홀(181)의 측면에도 반도체 전극(123)이 위치하고 있으므로, 반도체 전극(123)의 제1 및 제2 부분(1231, 1232)을 따라 이동하는 전하는 비아홀(181)을 통해서 기판(110)의 후면에 위치하고 반도체 전극(123)과 연결되어 있는 제1 전극(141)으로 전달된다.
이와 같이, 에미터부(121)보다 낮은 면저항값과 높은 전도도를 갖고 있는 반도체 전극(123)을 따라 제1 전극(141)으로 전하의 이동이 행해지므로, 제1 전극(141)으로 이동하는 전하의 양은 증가한다.
에미터부(121)의 면저항값이 약 80Ω/sq. 이상이고 약 150Ω/sq. 이하일 경우, 에미터부(121) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 좀더 감소시켜 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 증가시키고, 불순물에 의한 전하 손실을 좀더 감소시킨다.
또한, 반도체 전극(123)의 면저항값이 약 5Ω/sq. 이상이고 약 30Ω/sq. 이하일 경우, 반도체 전극(123)의 전도도가 좀더 안정적으로 확보되어 전하의 이동량을 좀더 증가시킬 수 있고, 반도체 전극(123) 자체에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜, 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가된다.
에미터부(121) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다. 이때, 반사 방지부(130)는 비아홀(181) 내부의 적어도 일부에 위치하여, 비아홀(181) 내부 적어도 일부를 채워 제1 전극(141)과 연결된다.
이러한 반사 방지부(130)는 투명하고 수소화된 실리콘 질화물(SiNx)이나 수소화된 실리콘 산화물(SiOx) 또는 수소화된 실리콘 질화 산화물(SiNxOy) 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 반사 방지부(130)는 약 2.0 내지 2.1의 굴절률을 가질 수 있다.
반사 방지부(130)의 굴절률이 2.0 이상일 경우, 빛의 반사도가 감소되면서 반사 방지부(130) 자체에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 감소되고, 반사 방지부(130)의 굴절률이 2.1 이하일 경우, 반사 방지부(130)의 반사도가 좀더 감소한다.
또한, 본 예에서, 반사 방지부(130)의 굴절률(2.0 내지 2.1)은 공기의 굴절률(약 1)과 기판(110)의 굴절률(약 3.5) 사이의 값을 갖고 있다. 따라서, 공기에서부터 기판(110) 쪽으로의 굴절률 변화가 순차적으로 증가하므로, 이러한 굴절률 변화에 의해 빛의 반사도는 더욱 감소하여 기판(110)으로 입사하는 빛의 양은 더 증가한다.
반사 방지부(130)는 또한 함유된 수소(H)를 이용하여 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸고, 이로 인해 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 실행한다. 따라서, 반사 방지부(130)의 패시베이션 기능에 의하여, 결함에 의한 손실 전하의 양이 줄어든다.
이러한 반사 방지부(130)는 다른 예에서 투명한 도전성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)과 같은 투명한 도전성 막으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 에미터부(121)와 반도체 전극(123) 쪽으로 이동한 전하 중 적어도 일부는 에미터부(121)와 반도체 전극(123)보다 낮은 면저항값을 갖는 반사 방지부(130)로 이동하여 반사 방지부(130)를 따라 비아홀(181) 내로 이동한 후 제1 전극(141)으로 전달된다. 따라서, 반도체 전극(123)만을 따라 제1 전극(141)으로 이동하는 경우에 비해 제1 전극(141)으로 이동하는 전하의 양이 증가한다.
반사 방지부(130)는 도 1 및 도 2에서, 반사 방지부(130)는 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있다. 반사 방지부(130)가 다층막 구조를 가질 경우, 반사 방지부(130)는 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 산화 질화물(SiOxNy), 알루미늄 산화물(AlxOy) 및 티타늄 산화물(TiOx) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 이러한 반사 방지부(130)는 필요에 따라 생략될 수 있다.
기판(110)의 후면에 위치한 복수의 제1 전극(141)은, 도 3의 (b)에 도시한 것처럼, 기판(110)에 형성된 비아홀(181), 즉, 반도체 전극(123)의 제1 부분(1231)과 제2 부분(1232)의 교차 부분을 따라 서로 나란하게 뻗어 있으며, 주로 스트라이프(stripe) 형상을 갖는다. 이때, 제1 전극(141)은 접해 있는 비아홀(181) 내부의 적어도 일부에 존재하는 반사 방지부(130)와 연결되어 있다.
이때, 이미 설명한 것처럼, 기판(110)의 후면에 위치한 반도체 전극(123)은 기판(110)의 후면에서 비아홀(181)이 형성된 부분 주변뿐만 아니라 비아홀(181)이 형성되지 않지만 제1 전극(141)과 접해 있는 기판(110)의 후면에도 위치하므로, 복수의 제1 전극(141)는 기판(110)의 후면에 위치한 반도체 전극(123)과 연결되어 있다.
복수의 제1 전극(141)은 알루미늄(Al)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
따라서 이러한 복수의 제1 전극(141)은 복수의 비아홀(181)에 접해있는 반도체 전극(123)을 통해 기판(110)의 전면으로부터 전달된 전하와 기판(110)의 후면에 위치한 반도체 전극(123)을 통해 전달된 전하를 수집한다. 이때, 복수의 제1 전극(141)이 에미터부(121)보다 면저항값이 낮은 반도체 전극(123)과 연결되어 있으므로 전하의 전송 효율은 향상된다.
이러한 복수의 제1 전극(141)은 도 3의 (b) 및 도 4에 도시한 것처럼 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어 있다. 이때, 제1 전극(141)의 연장 방향은 제1 및 제2 방향과는 각각 다른 제3 방향으로 뻗어 있고, 이때, 제3 방향은 기판(110)의 한 측면과 나란한 방향이다.
후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역(예, p형)과 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동은 방해되는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동은 좀더 용이해진다. 따라서, 후면 전계부(172)는 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 제2 전극(151)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
복수의 제2 전극(151)은 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)와 접촉하고 있고, 복수의 제1 전극(141)과 이격되어 복수의 제1 전극(141)의 연장 방향과 같은 방향으로 나란히 뻗어 있다. 따라서 각 제2 전극(151) 역시 스트라이프 형상을 갖는다. 이때, 도 3의 (b) 및 도 4에 도시한 것처럼, 복수의 제2 전극(151)은 이격되어 있으며, 기판(110)의 후면에는 동일한 방향으로 길게 뻗어 있는 제1 전극(141)과 제2 전극(151)이 교대로 위치한다.
제2 전극(151)은 제1 전극(141)과 동일한 재료로 이루어져 있고, 이로 인해, 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다. 하지만 대안적인 예에서, 제1 전극(141)과 제2 전극(151)은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
이러한 제2 전극(151)은 후면 전계부(172)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 제2 전극(151)이 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 후면 전계부(172)와 접촉하고 있으므로, 기판(110), 즉 후면 전계부(172)와 제2 전극(151) 간의 접촉 저항이 감소하여 기판(110)으로부터 제2 전극(151)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
복수의 제1 전극(141)과 연결된 제1 버스바(142)는 기판(110) 후면의 가장 자리 부분에 위치하고, 복수의 제1 전극(141)과 교차하는 제4 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 제1 버스바(142)는 복수의 제1 전극(141)을 서로 연결하는 도전성 연결부로 기능한다. 이때, 제1 버스바(142)는 기판(110)의 한 측면과 평행하다.
또한, 복수의 제2 전극(151)과 연결된 제2 버스바(152)는 기판(110) 후면의 가장 자리 부분에 제1 버스바(142)와 마주보게 위치하고, 복수의 제2 전극(151)과 교차하는 제4 방향으로 뻗어 있다. 제2 버스바(152) 역시 복수의 제2 전극(151)을 서로 연결하는 도전성 연결부로 기능한다. 따라서, 제2 버스바(152) 역시 기판(110)의 한 측면과 평행하다.
이러한 제1 및 제2 버스바(142, 152)는 각각 연결된 복수의 제1 및 제2 전극(141, 151)으로부터 전달되는 전하를 각각 수집하고, 이들 제1 및 제2 버스바(142 152)는 각각 도전성 물질을 함유한 리본(ribbon) 등과 같은 인터커넥터(interconnector)를 통해 외부 장치와 연결되어 수집된 전하(예, 전자)를 외부 장치로 출력된다.
이들 제1 및 제2 버스바(142, 152)는 제1 및 제2 전극(141, 151)과 동일한 재료로 이루어질 수 있고, 제1 및 제2 전극(141, 151)을 형성할 때 함께 형성될 수 있다. 따라서, 제1 버스바(142)는 복수의 제1 전극(141)과 일체로 형성될 수 있고, 제2 버스바(152)는 복수의 제2 전극(151)과 일체로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 버스바(142, 152)는 교차하는 복수의 제1 및 제2 전극(141, 151)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 각각 이동시켜야 하므로, 제1 및 제2 버스바(142, 152)의 폭은 각 제1 및 제2 전극(141. 151)의 폭보다 크다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130)를 통해 반도체부인 에미터부(121) 및 반도체 전극(123) 그리고 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자와 정공이 발생한다. 이때, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자 정공은 p-n 접합에 의해 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)와 반도체 전극(123)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다.
이때, 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하는 반도체 전극(123)으로 이동한 후 반도체 전극(123)을 따라서 이동하여 인접한 비아홀(181)을 통해 기판(110)의 후면에 위치한 제1 전극(141)으로 수집되고, 기판(110)의 후면으로 이동한 전하는 후면 전계부(172)를 통해 제2 전극(151)으로 수집되어, 각 연결된 제1 및 제2 버스바(142, 152)를 따라 이동한다.
이러한 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 에미터부(121) 쪽으로 이동하는 전하는 에미터부(121)보다 낮은 면저항값과 높은 전도도를 갖는 반도체 전극(123)으로 이동한 후 반도체 전극(123)을 따라 제1 전극(141)으로 이동하므로, 제1 전극(141)으로 이동하는 전하의 양은 증가한다.
하지만, 대안적인 예에서, 제1 및 2 버스바(142, 152)를 생략 가능하다. 이 경우,
복수의 제1 전극(141)에 수집된 전하(예, 전자)와 복수의 제2 전극(151)으로 이동한 전하(예, 정공)는 각각 제1 전극(141)과 교차하는 방향으로 해당 위치에 부착되어 복수의 제1 전극(141)과 연결되어 도전성 연결부로서 기능하는 도전성 접착부, 제2 전극(151)과 교차 방향으로 해당 위치에 부착되어 복수의 제2 전극(151)과 연결되어 도전성 연결부로서 기능하는 도전성 접착부 그리고 이들 도전성 접착부에 부착된 인터커넥터(interconnector)를 따라 이동하여 외부 장치로 출력된다. 이들 도전성 접착부는 복수의 제1 및 제2 전극(141, 151)과 다른 물질로 이루어질 수 있다.
도전성 접착부는 도전성 접착 필름, 도전성 페이스트(conductive paste), 도전성 에폭시(conductive epoxy) 등으로 이루어질 수 있다.
도전성 접착 필름은 수지 및 수지 내에 분산된 도전성 입자를 포함할 수 있다. 수지는 접착성을 갖는 재질이면 특별히 한정되지 않는다. 단, 접착 신뢰성을 높이기 위해서 수지는 열경화성 수지를 사용할 수 있다.
열경화성 수지로는 에폭시(epoxy) 수지, 페녹시(phenoxy) 수지, 아크릴(acryl) 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 수지를 사용할 수 있다.
수지는 열 경화성 수지 이외의 임의 성분으로서, 이미 알려진 경화제 및 경화 촉진제를 함유할 수 있다.
예를 들면, 수지는 제1 및 제2 전극(141, 151)과 인터커넥터와의 접착성을 향상시키기 위해 실란(silane)계 커플링(coupling)제, 티타네이트(titanate)계 커플링제, 알루미네이트(aluminate)계 커플링제 등의 개질 재료를 함유할 수 있으며, 도전성 입자의 분산성을 향상시키기 위해 인산 칼슘이나 탄산칼슘 등의 분산제를 함유할 수 있다. 또한 수지는 탄성률을 제어하기 위해 아크릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 등의 고무 성분을 함유할 수 있다.
그리고 도전성 입자는 도전성을 갖는 것이라면 그 재료는 특별히 한정되지 않는다. 도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 주성분으로 포함할 수 있으며, 금속 입자만으로 이루어지거나, 금속 피복 수지 입자로 이루어질 수 있다. 이러한 구성의 도전성 접착 필름은 박리 필름을 더 포함할 수 있다.
도전성 입자의 압축 응력을 완화하고 접속 신뢰성을 향상시키기 위해서는 도전성 입자로 금속 피복 수지 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
분산성을 향상시키기 위해 도전성 입자는 2㎛ 내지 30㎛의 입경을 갖는 것이 바람직하다.
수지가 경화한 뒤의 접속 신뢰성 측면에서, 수지 내에 분산되는 도전성 입자의 배합량은 도전성 접착 필름의 전체 체적에 대하여 0.5 체적% 내지 20 체적%로 하는 것이 바람직하다. 도전성 입자의 배합량이 0.5 체적% 미만이면 전면 전극과의 물리적인 접점이 감소하므로 전류 흐름이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 배합량이 20 체적%를 초과하면 수지의 상대적 양이 감소하여 접착 강도가 저하될 수 있다.
이와 같이, 도전성 접착 필름에 의해 제1 및 제2 전극(141, 151)과 인터커넥터가 접착된 상태에서, 도전성 입자와 제1 및 제2 전극(141, 151) 사이 및 도전성 입자와 인터커넥터 사이에는 수지가 위치하거나, 또는 도전성 입자는 제1 및 제2 전극(141, 151)과 인터커넥터 중에서 적어도 하나와 직접 접촉할 수 있다.
따라서, 제1 및 제2 전극(141, 151)으로 이동한 전하는 도전성 입자로 점프(jump)한 후 다시 인터커넥터로 점프하여 제1 및 제2 전극(141, 151)으로 각각 이동한 전하는 해당하는 인터커넥터로 이동하거나 또는 도전성 입자나 제1 및 제2 전극(141, 151)에서 바로 인터커넥터로 전달될 수 있다.
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.

Claims (20)

  1. 복수의 비아홀을 갖는 기판,
    상기 기판의 제1 면에 위치하고 제1 면저항값을 갖는 에미터부,
    상기 에미터부와 연결되어 있고, 상기 제1 면저항값보다 작은 제2 면저항값을 갖는 반도체 전극,
    상기 기판의 제1 면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 제2 면에 위치하고, 상기 복수의 비아홀을 통해 상기 반도체 전극과 연결되어 있는 제1 전극,
    상기 기판의 상기 제2 면에 상기 제1 전극과 분리되게 위치하고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극, 그리고
    상기 제2 면에 위치하고, 상기 제1 전극과 연결되어 있는 제1 도전성 연결부
    를 포함하며,
    상기 복수의 비아홀은 상기 반도체 전극과 상기 제1 전극이 중첩하는 부분에 위치되는 태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 반도체 전극은 상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고, 서로 다른 방향인 제1 방향과 제2 방향으로 각각 뻗는 제1 부분과 제2 부분을 구비한 태양 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 복수의 교차점을 구비하는 태양 전지.
  4. 제3항에서,
    상기 복수의 비아홀은 상기 복수의 교차점에 위치하는 태양 전지.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 반도체 전극은 상기 비아홀의 측면에 더 위치하는 태양 전지.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 반도체 전극은 상기 기판의 상기 제2 면에 더 위치하고, 상기 제1 전극은 상기 기판의 상기 제2 면에 위치한 상기 반도체 전극과 접해 있는 태양 전지.
  7. 제2항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 각각 다른 제3 방향으로 뻗어 있는 태양 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 기판의 상기 제1 면에 위치하고 상기 에미터부와 상기 반도체부 위에 위치하는 반사 방지부를 더 포함하는 태양 전지.
  9. 제8항에서,
    상기 반사 방지부는 투명한 도전성 물질로 이루어져 있는 태양 전지.
  10. 제9항에서,
    상기 반사 방지부는 상기 복수의 비아홀 내부에 위치하는 태양 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 제2 전극과 접하는 상기 기판의 상기 제2 면에 위치한 전계부를 더 포함하는 태양 전지.
  12. 제1항에서,
    상기 기판의 상기 제1 면은 빛이 입사되는 입사면인 태양 전지.
  13. 제1항에서,
    상기 기판은 제1 도전성 타입의 반도체로 이루어져 있는 태양 전지.
  14. 제13항에서,
    상기 에미터부는 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 태양 전지.
  15. 제14항에서,
    상기 반도체 전극은 상기 에미터부와 동일한 도전성 타입을 갖는 태양 전지.
  16. 제1항에서,
    상기 제1 도전성 연결부는 상기 제1 전극과 동일한 재료로 이루어져 있는 태양 전지.
  17. 제1항에서,
    상기 제1 도전성 연결부는 상기 제1 전극과 다른 재료로 이루어져 있는 태양 전지.
  18. 제1항에서,
    상기 제2 면에 위치하고, 상기 제2 전극과 연결되어 있는 제2 도전성 연결부를 더 포함하는 태양 전지.
  19. 제18항에서,
    상기 제2 도전성 연결부는 상기 제2 전극과 동일한 재료로 이루어져 있는 태양 전지.
  20. 제18항에서,
    상기 제1 도전성 연결부는 상기 제2 전극과 다른 재료로 이루어져 있는 태양 전지.
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