KR20120137821A - 태양전지 - Google Patents

태양전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20120137821A
KR20120137821A KR1020110056900A KR20110056900A KR20120137821A KR 20120137821 A KR20120137821 A KR 20120137821A KR 1020110056900 A KR1020110056900 A KR 1020110056900A KR 20110056900 A KR20110056900 A KR 20110056900A KR 20120137821 A KR20120137821 A KR 20120137821A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
finger lines
region
solar cell
layer
Prior art date
Application number
KR1020110056900A
Other languages
English (en)
Inventor
진윤실
최영호
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020110056900A priority Critical patent/KR20120137821A/ko
Priority to US13/426,908 priority patent/US10164129B2/en
Priority to EP12002328.8A priority patent/EP2535942B1/en
Publication of KR20120137821A publication Critical patent/KR20120137821A/ko
Priority to US16/196,742 priority patent/US11251319B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022433—Particular geometry of the grid contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0684—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells double emitter cells, e.g. bifacial solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/02168—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 태양전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지는 제1 도전형을 가지는 실리콘 반도체 기판, 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 가지는 제1 불순물이 도핑되고 기판의 일면 상에 위치하는 에미터층, 에미터층과 접속하는 다수의 전면 핑거라인, 일면과 대향하는 기판의 타면 상에 위치하며 제1 도전형을 가지는 제2 불순물로 도핑된 후면 전계층 및 후면 전계층과 접속하는 다수의 후면 핑거라인을 포함하고, 에미터층은 전면 핑거라인과 접하는 제1 영역과 다수의 전면 핑거라인 사이에 위치하고 제1 영역보다 도핑농도가 낮은 제2 영역을 포함하고, 후면 전계층은 후면 핑거라인과 접하는 제3 영역과 다수의 후면 핑거라인 사이에 위치하고 제3 영역보다 도핑 농도가 낮은 제4 영역을 포함하며, 기판의 후면 상에 위치하는 후면 핑거라인의 수와 기판의 전면 상에 위치하는 전면 핑거라인의 수가 상이하다. 이에 의해, 태양전지의 광전변환효율이 향상될 수 있다.

Description

태양전지{solar cell}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에미터층과 후면 전계층의 구조가 동일한 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
즉, 태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막형 태양전지, 염료감응형 태양전지 및 유기고분자형 태양전지 등으로 구분될 수 있으며, 그 중 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있다. 이러한 태양전지에서는, 입사되는 태양 광을 전기 에너지로 변환시키는 비율과 관계된 변환효율(Efficiency)을 높이는 것이 매우 중요하다.
본 발명의 목적은, 광전변환효율이 우수한 태양전지를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는, 제1 도전형을 가지는 실리콘 반도체 기판, 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 가지는 제1 불순물이 도핑되고 기판의 일면 상에 위치하는 에미터층, 에미터층과 접속하는 다수의 전면 핑거라인, 일면과 대향하는 기판의 타면 상에 위치하며 제1 도전형을 가지는 제2 불순물로 도핑된 후면 전계층 및 후면 전계층과 접속하는 다수의 후면 핑거라인을 포함하고, 에미터층은 전면 핑거라인과 접하는 제1 영역과 다수의 전면 핑거라인 사이에 위치하고 제1 영역보다 도핑농도가 낮은 제2 영역을 포함하고, 후면 전계층은 후면 핑거라인과 접하는 제3 영역과 다수의 후면 핑거라인 사이에 위치하고 제3 영역보다 도핑 농도가 낮은 제4 영역을 포함하며, 기판의 후면 상에 위치하는 후면 핑거라인의 수와 기판의 전면 상에 위치하는 전면 핑거라인의 수가 상이하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 제1 도전형을 가지는 실리콘 반도체 기판의 전면에 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 가지는 제1 불순물을 도핑하여 에미터층을 형성하는 단계, 기판의 후면에 제1 도전형을 가지는 제2 불순물을 도핑하여 후면 전계층을 형성하는 단계 및 에미터층과 접하는 다수의 전면 핑거라인과 후면 전계층과 접하는 다수의 후면 핑거라인을 형성하는 단계를 포함하고, 에미터층은 선택적 에미터 구조를 가지며, 후면 전계층은 선택적 후면 전계층의 구조를 가지고, 기판의 후면 상에 형성되는 후면 핑거라인의 수는 기판의 전면 상에 형성되는 전면 핑거라인의 수와 상이하다.
본 발명에 따르면, 에미터층과 후면 전계층이 동일한 구조를 가짐으로써, 태양전지의 광전변환효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 태양전지의 A-A'의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 태양전지의 B-B'의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 9는 도 1의 태양전지의 제조방법을 도시한 도이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10의 C부분을 확대한 확대도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
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 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 태양전지의 A-A'의 단면을 도시한 단면도, 그리고, 도 3은 도 1의 태양전지의 B-B'의 단면을 도시한 단면도이다. 여기서, 도 2 및 도 3은 도 1의 태양전지를 X-Y 평면으로 절단한 후, Z방향으로 관찰한 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)는 제1 도전형을 가지는 실리콘 반도체 기판(110), 기판(110)의 일면 상에 위치하는 에미터층(120), 에미터층(120)과 접속하는 다수의 전면 핑거라인(140), 기판(110)의 타면 상의 후면 전계층(150)과 후면 전계층(150)과 접속하는 다수의 후면 핑거라인(170)을 포함할 수 있다. 또한, 에미터층(120) 상의 제1 반사방지막(130)과 후면 전계층(150) 상의 제2 반사방지막(160)을 포함할 수 있다.
먼저, 기판(110)은 실리콘으로 형성될 수 있으며, P형 또는 N형 불순물이 도핑되어 제1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 실리콘에 3족 원소인 B, Ga, In 등이 불순물로 도핑 되어 P형으로 구현될 수 있고, 5족 원소인 P, As, Sb 등이 도핑되어 N형으로 구현될 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 기판(110)의 표면은 요철구조를 가질 수 있다. 요철구조는 기판(110)의 표면을 텍스쳐링(texturing) 하여 요철 형상의 패턴을 형성하는 것을 의미하는데, 기판(110)이 이와 같이 텍스쳐링 되면, 후술하는 바와 같이, 기판(110)상에 형성되는 에미터층(120), 제1 반사방지막(130), 후면전계층(152), 제2 반사방지막(160) 역시 요철의 형상을 따라 형성될 수 있다. 따라서, 태양전지(100)로 입사된 빛의 반사율이 감소하고, 광 포획량이 증가하여 태양전지(100)의 광학적 손실이 저감된다.
에미터층(120)은 기판(110)과 반대의 제2 도전형을 가지는 제1 불순물이 도핑되어 형성된다. 예를 들어, 기판(110)이 P형인 경우는 에미터층(120)에는 N형의 불순물이 도핑되고, 기판(110)이 N형인 경우는 에미터층(120)에는 P형의 불순물이 도핑된다. 이와같이, 기판(110)과 에미터층(120)에 반대 도전형의 불순물이 도핑 되면, 기판(110)과 에미터층(120)의 계면에는 P-N접합(junction)이 형성된다.
한편, 에미터층(120)은 다수의 전면 핑거라인(140)과 접하는 제1 영역(124)과, 다수의 전면 핑거라인(140) 사이 즉, 다수의 제1 영역(124) 사이의 제2 영역(122)을 포함할 수 있다.
일반적으로, 에미터층(120)에 불순물이 더 많이 존재할수록 광전효과에 의해 발생한 전자 정공쌍이 더 많이 재결합하므로, 광이 전자-정공 쌍으로 주로 변환되는 제2 영역(122)은 불순물의 농도가 상대적으로 낮은 것이 유리하고, 분리된 전자 또는 정공이 전면 핑거라인(140)으로 이동하는 제1 영역(124)에서는 접촉저항의 감소를 위해 불순물의 농도가 높은 것이 유리하다.
따라서, 본 발명에 따른 태양전지(100)는 전면 핑거라인(140)과의 접촉 저항을 낮추고, 표면 재결합에 따른 태양전지(100)의 효율 저하를 방지하도록, 전면 핑거라인(140)이 위치하는 제1 영역(124)을 상대적으로 고농도의 에미터층(120)으로 형성하는 선택적 에미터(Selective emitter) 구조를 가질 수 있다. 이에 따라 에미터층(120)의 제1 영역(124)의 면저항은 제2 영역(122)의 면저항보다 작게 형성된다.
이러한 에미터층(120)의 제1 영역(124)은 1E19~1E21의 도핑 농도를 가질 수 있고, 제2 영역(122)은 5E18~1E20의 도핑 농도를 가질 수 있다. 이때, 에미터층(120)의 제1 영역(124)의 면저항은 30 내지 70Ω/□, 바람직하게는 40 내지 60Ω/□로 설정될 수 있고, 제2 영역(122)의 면저항은 70 내지 150Ω/□, 바람직하게는 90 내지 120Ω/□로 설정될 수 있다.
한편, 제1 영역(124)의 도핑 두께(b)는 제2 영역(122)의 도핑 두께(a)보다 클 수 있다. 먼저, 제1 영역(124)은 0.5 내지 2㎛의 두께로 형성될 수 있다. 만일 제1 영역(124)의 두께(b)가 0.5㎛ 보다 작은 경우는, 전면 핑거라인(140)의 형성시 fire through에 의해 에미터층(120)과의 shunt가 발생할 수 있고, 반면에 제1 영역(124)의 두께(b)가 2㎛ 보다 큰 경우는 소수 캐리어의 재결합(Recombination) 싸이트가 증가하여 Jsc의 감소가 커진다.
또한, 제2 영역(122)은 0.3 내지 1㎛의 두께로 형성될 수 있는데, 제2 영역(122)의 두께(a)가 0.3㎛ 보다 작은 경우는 저항의 증가로 필 팩터(Fill Factor)가 감소할 수 있으며, 제2 영역(122)의 두께(a)가 1㎛ 보다 큰 경우는 재결합(Recombination)의 증가에 따라 Jsc가 감소한다.
특히, 제2 영역(122) 상에는 전면 핑거라인(140)이 위치하지 않으므로, shallow 에미터의 형성이 가능하다. 따라서, 파장이 짧은 청색 계열의 광의 투과가 증가하여 태양전지(100)의 효율이 향상될 수 있다.
제1 반사방지막(130)은, 예를 들어, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산화 질화물, 인트린식 비정질 실리콘, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있으며, 기판(110)이 P형일 경우 패시베이션층의 기능도 수행한다.
따라서, 제1 반사방지막(130)은 에미터층(120)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 캐리어의 재결합 사이트를 제거하고, 기판(110)의 전면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킨다. 이와 같이, 에미터층(120)에 존재하는 캐리어의 재결합 사이트가 제거되면, 태양전지(100)의 개방전압(Voc)이 증가한다. 그리고 태양광의 반사율이 감소되면 P-N 접합까지 도달되는 광량이 증대되어 태양전지(100)의 단락전류(Isc)가 증가한다. 이처럼 제1 반사방지막(130)에 의해 태양전지(100)의 개방전압과 단락전류가 증가되면 그만큼 태양전지(100)의 변환효율이 향상될 수 있다.
이러한 제1 반사방지막(130)은 1.8 내지 2.5의 굴절율을 가지고, 60 내지 100㎛의 두께로 형성될 수 있다. 특히, 제1 반사방지막(130)의 굴절율이 1.8 보다 작은 경우는 반사방지 효과가 현저하지 않고, 반대로 굴절률이 2.5보다 크면 입사광의 전류 변환에 기여하는 파장 영역에 있어서 제1 반사방지막(130)에 광학적인 흡수를 발생시키고, 오히려 변환효율이 저하된다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 기판(110)이 N형일 경우는 에미터층(120)과 제1 반사방지막(130) 사이에 패시베이션층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 패시베이션층(미도시)은 일 예로, SiOx, AlxOy 등으로 형성될 수 있다.
전면 핑거라인(140)은 광전효과에 의해 발생한 전자 또는 정공을 수집하며, 복수개 형성될 수 있다.
한편, 일 예로 전면 핑거라인(140)은 에미터층(120)과의 오믹접촉을 위해, 에미터층(120)이 P형인 경우는 AgAl, 유리 프릿 등이 포함된 페이스트를 개구가 형성된 마스크를 사용하여 전면 핑거라인(140) 형성 지점에 스크린 인쇄한 후 열처리를 행하여 형성할 수 있으며, 에미터층(120)이 N형인 경우는 Ag, 유리 프릿 등이 포함된 페이스트를 스크린 인쇄한 후 열처리를 행하여 형성할 수 있다.
또한, 레이저의 조사에 의해 제1 반사방지막(130) 및/또는 패시베이션층(미도시)을 제거(Laser ablation)하고, Ni 등에 의한 시드층(Seed layer)을 증착한 후, 도금 또는 Sputtering 등에 의해 증착하여 형성할 수 있다. 이와 같이 형성되는 전면 핑거라인(140)은 Ni/Cu/Sn, Ni/Ag, Ni/Cu/Ag 등의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 이와 같이 형성되는 전면 핑거라인(140)은 10㎛ 이상의 폭과, 60 내지 80㎛의 높이를 가지고 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 다수의 전면 핑거라인(140)은 전면 핑거라인(140)과 교차하는 전면 버스 전극(180)과 접한다. 전면 버스 전극(180)은 리본(미도시)과 연결되어 태양전지(100)에서 발생한 전류를 외부로 공급할 수 있다.
후면 전계층(150)은 고농도 도핑 영역으로, 기판(110)의 후면에서 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지하고, 누설 전류를 줄이며 우수한 오믹 컨택성을 가지도록 할 수 있다. 이러한 후면 전계층(150)은 기판(110)과 동일한 제1 도전형을 가지는 제2 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.
후면 전계층(150)은 상술한 에미터층(150)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 즉, 다수의 후면 핑거라인(170)과 접하는 제3 영역(154)과, 다수의 후면 핑거라인(170) 사이 즉, 다수의 제3 영역(154) 사이의 제4 영역(152)을 포함하며, 제3 영역(154)의 불순물의 도핑농도가 제4 영역(152)의 불순물의 도핑 농도보다 클 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 태양전지(100)는 선택적 에미터층(120)과 동시에 선택적 후면 전계층(150)의 구조를 가지는 양면 수광형 태양전지(Bifacial solar cell)일 수 있다.
한편, 후면 전계층(150)의 제3 영역(154)은 후면 핑거라인(170)과의 접촉 저항을 감소시키기 위해, 제4 영역(152)보다 높은 도핑 농도를 가진다. 또한, 제4 영역(152)은 기판(110)의 후면 전체에 걸쳐 형성되므로 전자와 정공의 재결합을 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서, 전자와 정공의 재결합에 따른 손실이 감소되고, 동시에 후면 전계층(150)에서 광전효과에 의해 생성된 전자 또는 정공을 후면 핑거라인(170)으로 전달하는 능력은 더욱 향상되므로, 태양전지(100)의 광전변환 효율이 더욱 향상될 수 있다.
이러한, 후면 전계층(150)의 제3 영역(154)은 1E19~1E21의 도핑 농도를 가질 수 있고, 제4 영역(122)은 5E18~1E20의 도핑 농도를 가질 수 있다. 또한, 후면 전계층(150)의 제3 영역(154)의 면저항은 20 내지 70Ω/□, 바람직하게는 40 내지 60Ω/□로 설정될 수 있고, 제4 영역(152)의 면저항은 60 내지 150Ω/□, 바람직하게는 90 내지 120Ω/□로 설정될 수 있다.
한편, 제3 영역(154)은 제4 영역(152)보다 두껍게 도핑 될 수 있는데, 후면 핑거라인(170)과의 shunt와 재결합(Recombination)의 증가를 방지하기 위해 제3 영역(154)의 두께(d)는 0.5 내지 2㎛로 형성될 수 있고, 제4 영역(152)의 두께(c)는 재결합(Recombination) 및 저항의 증가를 방지하기 위해 0.3 내지 1㎛로 형성될 수 있다.
특히, 제4 영역(152) 상에는 후면 핑거라인(170)이 위치하지 않으므로, 얇은 두께의 후면 전계층(152)의 형성이 가능하다. 따라서, 파장이 짧은 청색 계열의 광의 투과가 증가하여 태양전지(100)의 효율이 향상될 수 있다.
한편, 도 3은 도 1의 태양전지의 B-B'의 단면을 도시한 단면도로, 도 3을 참조하면, 후면 전계층(150)은 기판(110) 후면의 모서리로부터 'T' 만큼 이격되어 형성된다. 이는 에미터층(120)의 형성을 위해 불순물의 도핑시, 기판(110)의 측면까지 에미터층(120)이 형성될 수 있기 때문에, 후면 전계층(150)과 에미터층(120) 간의 단락을 방지하기 위함이다. 따라서, 후술하는 바와 같이 기판(110)의 전면과 후면의 단락을 방지하기 위한 edge isolation 공정을 생략할 수 있다.
여기서, 후면 전계층(150)과 기판(110) 후면의 모서리간의 간격(T) 내에도 후면 전계층(150)을 형성하기 위한 제2 불순물이 확산 등에 의해 포함될 수 있으나, 이는 후면 전계층(150)과 에미터층(120) 간의 단락을 일으키지 않을 정도이므로 무시할 수 있다.
한편, 후면 전계층(150)과 기판(110) 후면의 모서리간의 거리(T)는 2~300㎛ 일 수 있다. 후면 전계층(150)과 기판(110) 후면의 모서리간의 거리(T)가 2㎛ 보다 작은 경우는, 불순물의 확산 등에 의해 후면 전계층(150)과 에미터층(120) 간의 단락이 발생할 수 있고, 이는 태양전지(100)의 효율을 감소시키는 원인이 될 수 있다. 반면에, 후면 전계층(150)과 기판(110) 후면의 모서리간의 거리(T)가 300㎛ 보다 큰 경우는, 형성되는 후면 전계층(120)의 면적이 감소하여 전자 정공쌍의 재결합의 증가에 따라 태양전지(100)의 효율이 감소할 수 있다.
후면 전계층(150) 상에는 제2 반사방지막(160)이 형성될 수 있다. 제2 반사방지막(160)은 상술한 제1 반사방지막(130)과 동일할 수 있다. 즉, 제2 반사방지막(160)은, 예를 들어, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산화 질화물, 인트린식 비정질 실리콘, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가지고 있어, 기판(110)의 후면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시키며, 기판(110)이 기판(110)이 N형일 경우 패시베이션층의 기능도 수행한다. 이러한 제2 반사방지막(160)은 1.8 내지 2.5의 굴절율을 가지고, 60 내지 100㎛의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 기판(110)이 P형일 경우는 후면 전계층(150)과 제2 반사방지막(160) 사이에 패시베이션층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 패시베이션층(미도시)은 일 예로, SiOx, AlxOy 등으로 형성될 수 있다.
후면 핑거라인(170)은 복수개 형성될 수 있으며, 후면 전계층(150)과의 오믹접촉을 위해 기판(110)이 N형인 경우는 Ag와 유리 프릿 등이 포함된 페이스트를 스크린 인쇄하여 형성할 수 있으며, 기판이 P형인 경우는 AgAl와 유리 프릿 등이 포함된 페이스트를 사용하여 형성할 수 있다.
또한, 후면 핑거라인(170)은 레이저의 조사에 의해 반사방지막(130) 및/또는 패시베이션층(미도시)을 제거(Laser ablation)하고, Ni 등에 의한 시드층(Seed layer)을 증착한 후, 도금 또는 Sputtering 등에 의해 증착하여 형성할 수 있다. 이와 같이 형성되는 전면 핑거라인(140)은 Ni/Cu/Sn, Ni/Ag, Ni/Cu/Ag 등의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 이와 같이 형성되는 전면 핑거라인(140)은 10㎛ 이상의 폭과, 60 내지 80㎛의 높이를 가지고 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 다수의 후면 핑거라인(170)은 후면 핑거라인(170)과 교차하는 후면 버스 전극(190)과 접하여 광전효과에 의해 발생한 전류를 외부로 공급할 수 있다.
한편, 후면 핑거라인(170)의 갯수와 전면 핑거라인(140)의 갯수는 어느 한쪽의 증가에 따라 서로 다르게 형성될 수 있다. 일 예로 후면 핑거라인(170)의 수가 전면 핑거라인(140)의 수보다 많을 수 있다.
후면 핑거라인(170)의 갯수가 전면 핑거라인(140)의 갯수 보다 많이 형성되면, 후면 핑거라인(170)으로의 전자 또는 정공의 이동거리가 짧아짐에 따라 태양전지(100)의 전체 저항이 감소할 수 있다. 또한, 저항을 감소시키기 위해 전면 핑거라인(140)의 갯수를 증가시킬 필요가 없으므로, 태양전지(100)의 전면에서의 광 흡수를 추가적으로 방해하지 않아 태양전지(100)의 광흡수율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 다수의 후면 핑거라인(170) 중 인접한 두 개의 후면 핑거라인(170) 간의 거리(D1)와 다수의 전면 핑거라인(140) 중 인접한 두 개의 전면 핑거라인(140) 간의 거리(D2)의 비(이하, D2/D1로 표시한다)는 1 보다 크고 5 보다 작게 형성됨이 바람직하다.
만일 후면 핑거라인(170) 간의 거리(D1)가 감소하여, D2/D1가 5 이상으로 형성되면, 후면 핑거라인(170)의 전체 면적이 증가로, 금속에 의한 전자 정공 쌍의 재결합의 증가로 태양전지의 개방전압(Voc)이 감소한다. 또한, 전면 핑거라인(140) 간의 거리가 증가(D2)하여 D2/D1가 5이상으로 형성되면, 전면 핑거라인(170) 까지의 캐리어의 이동경로가 증가하여 태양전지(100)의 효율이 감소한다.
반면에, 후면 핑거라인(170) 간의 거리(D1)가 증가하여, D2/D1가 1 이하로 형성되면, 캐리어의 이동경로 증가에 따른 저항의 증가로 태양전지(100)의 효율이 감소하고, 전면 핑거라인(170) 간의 거리(D2)가 감소하여, D2/D1가 1 이하로 형성되면, 증가된 전면 핑거라인(170)의 면적이 태양광의 입사를 추가적으로 방해하여 Jsc가 감소할 수 있다. 따라서, D2/D1는 1 보다 크고 5 보다 작도록 형성될 수 있다.
또한, 다수의 후면 핑거라인(170) 중 인접한 두 개의 후면 핑거라인(170) 간의 거리(D1)는 0.5 내지 2.5㎛일 수 있다. 여기서, 전면 핑거라인(140)은 상술한 D2/D1의 값을 만족하도록 형성된다.
만약, 후면 핑거라인(170) 간의 거리(D1)가 0.5㎛ 보다 작게 형성되면, 후면 핑거라인(170)의 전체 면적의 증가에 따른 전자 정공 쌍의 재결합이 증가하고, 후면에서 태양광의 입사시 이를 방해하여 Jsc가 감소할 수 있다. 반면에, 후면 핑거라인(170) 간의 거리(D1)가 2.5㎛ 보다 크게 형성되면, 캐리어의 이동경로 증가에 따른 저항의 증가에 의해 필 팩터가 감소하여 태양전지(100)의 효율이 저감될 수 있다. 따라서, 인접한 두 개의 후면 핑거라인(170) 간의 거리(D1)는 0.5 내지 2.5㎛임이 바람직하다.
도 4 내지 도 9는 도 1의 태양전지의 제조방법을 도시한 도이다.
도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 제조방법을 설명하면, 우선, 도 4와 같이 제1 도전형을 가지는 실리콘 반도체 기판(110) 상에 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 가지는 제1 불순물을 제1 도핑농도로 1차 도핑하여 전체적으로 상술한 에미터층(120)의 제2 영역(122)을 형성한다.
도면에 도시하지는 않았으나, 기판(110)은 요철구조를 가질 수 있다. 요철구조는 태양전지(100)로 입사되는 태양광의 반사율을 낮춤으로써 광 포획량이 증가시켜 태양전지(100)의 광학적 손실을 감소시킬 수 있다. 요철구조는 기판(110)을 에칭액 등에 담그는 공정 등을 이용할 수 있으며, 요철구조는 피라미드, 정사각형, 삼각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
한편, 제2 영역(122)을 형성하기 위한 제1 불순물의 도핑은 열확산법, 레이져 도핑법(Laser dopong), 이온 주입법(Ion implantation) 등에 의할 수 있다.
제2 영역(122)은 5E18~1E20의 도핑 농도를 가지고, 0.3 내지 1㎛의 깊이로 형성될 수 있다.
다음으로 도 5와 같이, 상술한 다수의 전면 핑거라인(140)이 형성될 위치에 대응하는 개구(210)를 포함하는 제1 마스크(200)를 기판(110) 상에 위치시킨 다음, 이온 주입법 등에 의해 제1 불순물을 2차 도핑하여 에미터층(120)의 제1 영역(124)을 형성한다.
2차 도핑에 의해 형성되는 제1 영역(124)은 제2 영역(122)에 비해 높은 제2 도핑 농도를 가지고 형성된다. 제2 도핑 농도는 1E19~1E21일 수 있다. 이에 의해 후술하는 바와 같이, 전면 핑거라인(140)과의 접촉 저항이 감소할 수 있다. 따라서, 선택적 에미터 구조를 가질 수 있다.
또한, 제1 영역(124)의 도핑 두께는 전면 핑거라인(140)과의 shunt를 방지하고, 소수 캐리어의 재결합의 증가를 방지하기 위해 0.5 내지 2㎛로 형성될 수 있다.
이어서, 도 6과 같이 기판(110) 후면의 모서리 부분(310)을 커버하는 제2 마스크(300)를 이용하여, 상술한 후면 전계층(152)의 제4 영역(152)을 형성한다.
제4 영역(152)은 기판(110)의 후면에서 분리된 전자 정공 쌍의 재결합을 방지한다. 제4 영역(152)은 기판(110)과 동일한 도전형을 가지는 제2 불순물을 열 확산법, 레이져 도핑법, 이온 주입법 등의 방법으로 도핑하여 형성할 수 있다. 제4 영역(152)은 5E18~1E20의 도핑 농도를 가지고, 0.3 내지 1㎛의 깊이로 형성될 수 있다.
또한, 제4 영역(152)을 형성하기 위해 사용된 제2 마스크(300)는 기판(110) 후면의 모서리 부분(310)부터 T만큼의 거리를 커버하므로, 제4 영역(152)과 기판(110)의 측면에도 도핑될 수 있는 에미터층(120)과의 접속을 방지할 수 있다. 따라서, 기판(110)의 전면과 후면의 절연을 위한 edge isolation 공정을 생략할 수 있게 된다.
이에 의해, 도 3에서 상술한 바와 같이, 후면 전계층(150)은 기판(110) 후면의 모서리로부터 'T' 만큼 이격되어 형성된다. 이때, 후면 전계층(150)과 기판(110) 후면의 모서리간의 거리(T)는 2~300㎛ 일 수 있다. 다만, 도 6은 도 1의 태양전지의 A-A'의 단면을 도시하므로, 이를 도시하지는 않았다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상술한 다수의 후면 핑거라인(170)이 형성될 위치에 대응하는 개구(410)를 포함하는 제3 마스크(400)를 기판(110)의 후면 상에 위치시킨 후, 제2 불순물을 이온 주입법 등의 방법으로 2차 도핑하여, 후면 전계층(150)의 제3 영역(154)을 형성한다.
이때, 제3 마스크(400)에 형성된 개구(410)의 갯수는 제1 마스크(200)에 형성된 개구(210)의 갯수 보다 많을 수 있다.
2차 도핑에 의해 형성되는 제3 영역(154)은 제4 영역(152)에 비해 높은 1E19~1E21의 제4 도핑 농도를 가지고 형성된다. 따라서, 후면 핑거라인(170)과의 접촉 저항이 감소하여 태양전지(100)의 광전변환 효율이 더욱 향상된다. 또한, 형성되는 후면 전계층(150)은 상술한 에미터층(150)과 동일한 구조를 가지므로, 본 발명에 따른 태양전지(100)는 선택적 에미터층(120)과 동시에 선택적 후면 전계층(150)의 구조를 가지는 양면 수광형 태양전지(Bifacial solar cell)일 수 있다.
한편, 제3 영역(154)의 도핑 두께는 후면 핑거라인(170)과의 shunt를 방지하고, 소수 캐리어의 재결합의 증가를 방지하기 위해 1 내지 2㎛로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 에미터층(120)과 후면 전계층(150)은 각각 두 번의 도핑과정을 거쳐 형성하는 것을 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 에미터층(120) 또는 후면 전계층(150)은, 일 예로 Comb 마스크를 이용한 이온 주입법 등에 의해 한 번에 형성할 수도 있다.
도 8은 콤브 마스크(Comb mask)를 도시하는 도로, 도 8을 참조하면, 콤브 마스크(500)는 지지부(510)와 지지부(510)에서 연장되는 다수의 살(520)을 포함하고, 다수의 살(520) 사이는 개구인 슬롯(530)을 형성한다.
일 예로, 이와 같은 콤브 마스크(500)를 사용하여 에미터층(120)을 형성하는 방법을 간략하게 설명하면, 콤브 마스크(500)는 기판(110) 상에 위치가 고정되고, 제1 불순물은 슬롯(530)을 통해 기판(110) 상에 주입되어 에미터층(120)의 제1 영역(124)을 형성한다. 제1 영역(124)을 형성한 후에는 콤브 마스크(500)의 하부에 위치하는 기판(110)이 이동하고, 제1 불순물은 계속 기판(110)에 주입되어, 제2 영역(122)을 형성한다. 이때, 제1 영역(124)과 제2 영역(122)은 이온을 주입하는 시간, 도핑되는 이온의 양, 이온 가속 에너지 등을 조절하여 도핑 농도를 조절할 수 있다.
다음으로, 도 9와 같이 에미터층(120) 상에 제1 반사방지막(130)과 전면 핑거라인(140)을 형성하고, 후면 전계층(150)상에 제2 반사방지막(160)과 후면 핑거라인(170)을 형성한다. 또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 에미터층(120) 상과 후면 전계층(150) 상에는 패이베이션 층을 더 형성할 수 있다.
제1 반사방지막(130)과 제2 반사방지막(160)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전면 핑거라인(140)은 일 예로, 전면 전극용 페이스트를 마스크를 사용하여 전면 핑거라인(140) 형성 지점에 스크린 인쇄한 후 열처리를 행하여 형성할 수 있다. 인쇄된 페이스트는 소정과정을 통해 페이스트에 포함된 은이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서, 유리 프릿을 매개로 하여 제1 반사방지막(130)을 관통하는 파이어 스루(fire through) 현상에 의해 에미터층(120)의 제1 영역(124)과 접속하게 된다.
또한, 전면 핑거라인(140)은 레이저의 조사에 의해 제1 반사방지막(130) 및/또는 패시베이션층(미도시)을 제거(Laser ablation)하고, Ni 등에 의한 시드층(Seed layer)을 증착한 후, 도금 또는 Sputtering 등에 의해 증착하여 형성할 수 있다. 이 밖에, 전면 핑거라인(140)은 Laser firing 법, Laser ablation 후의 스크린 프린팅을 하는 방법 등에 의해 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
후면 핑거라인(170)은 전면 핑거라인(140)을 형성하는 방법과 동일할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
한편, 형성되는 후면 핑거라인(170)의 갯수는, 태양전지(100)의 저항 감소 및 태양전지(100)의 광전변환 효율이 저하되는 것을 방지하기 위해, 전면 핑거라인(140)의 수와 다르게 형성될 수 있으며, 일 예로 전면 핑거라인(140) 보다 많이 형성될 수 있다.
또한, 인접한 두 개의 후면 핑거라인(170) 간의 거리와 인접한 두 개의 전면 핑거라인(140) 간의 거리의 비는 1 보다 크고 5 보다 작도록 형성될 수 있다. 만일, 인접한 두 개의 후면 핑거라인(170) 간의 거리와 인접한 두 개의 전면 핑거라인(140) 간의 거리의 비가 5 이상으로 형성되면, 후면 핑거라인(170)의 전체 면적이 증가로, 금속에 의한 전자 정공 쌍의 재결합이 증가하므로 태양전지의 개방전압(Voc)가 감소할 수 있고, 반대로, 인접한 두 개의 후면 핑거라인(170) 간의 거리와 인접한 두 개의 전면 핑거라인(140) 간의 거리의 비가 1 이하로 형성되면, 캐리어의 이동경로가 증가하여 저항의 증가로 태양전지(100)의 효율이 감소할 수 있다.
이때, 인접한 두 개의 후면 핑거라인(170) 간의 거리는 전자 전공 쌍의 재결합과 저항증가를 방지하기 위해 0.5 내지 2.5㎛로 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도이고, 도 11은 도 10의 C부분을 확대한 확대도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 모듈(500)은 복수의 태양전지(550), 복수의 태양전지(550)를 전기적으로 연결하는 복수의 리본(543), 복수의 태양전지(550)를 양면에서 밀봉하는 제1 밀봉 필름(531)과 제2 밀봉 필름(532), 태양전지(550)의 일면을 보호하는 전면 기판(510) 및 태양전지(550)의 이면을 보호하는 후면 기판(520)을 포함할 수 있다.
태양전지(550) 도 1 내지 도 3에서 도시하고 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
복수의 태양전지(550)는 리본(543)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 스트링(540)을 이룬다. 리본(543)은 일 예로 두 라인이 각각 태빙공정에 의해 태양전지(550)의 상,하부에 부착되어 복수의 태양전지(550)를 전기적으로 연결할 수 있다. 즉, 태빙공정은 태양전지(550)의 일면에 플럭스(flux)를 도포하고, 플럭스(flux)가 도포된 태양전지(550)에 리본(543)을 위치시킨 다음 소성 과정을 거쳐 할 수 있다.
또는, 도 11에 도시된 바와 같이, 태양전지(550)의 일면과 리본(543) 사이에 전도성 필름(Conductive film, 560)을 부착시킨 다음 열 압착에 의해 복수의 태양전지(550)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다.
전도성 필름(550)은 베이스 필름(562)과 베이스 필름(562)에 분산된 도전성 입자(564)를 포함할 수 있다. 열압착에 의해 도전성입자(564)는 베이스 필름(562)의 외부로 드러나게 되고, 드러난 도전성 입자(564)에 의해 태양전지(550)와 리본(543)은 전기적으로 연결될 수 있다.
베이스 필름(562)은 접착성과 절연성이 우수한 열경화성 수지, 예를 들어 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등으로 형성될 수 있으며, 도전성 입자(564)는 도전성이 우수한 금, 은, 니켈, 구리 입자 등일 수 있다. 특히, 도전성 입자(564)는 고분자 재질 등에 상술한 금속 입자를 도금한 입자일 수도 있다.
이와 같이 전도성 필름에 의해 복수의 태양전지(550)를 연결하여 모듈화하는 경우는, 공정온도가 낮아져 스트링(540)의 휘어짐이 방지될 수 있다.
다시 도 10을 참조하면, 제1 밀봉 필름(531)과 제2 밀봉 필름(532)은 복수의 태양전지(550)를 양면에서 밀봉한다. 제1 밀봉 필름(531)과 제2 밀봉 필름(532)은 라미네이션에 의해 접착하여, 태양전지(550)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단할 수 있다.
또한, 제1 밀봉 필름(531)과 제2 밀봉 필름(532)은 태양전지(550)의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 이러한 제1 밀봉 필름(531)과 제2 밀봉 필름(532)은 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다.
전면 기판(510)은 태양광을 투과하도록 제1 밀봉 필름(531) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양전지(550)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다.
후면 기판(520)은 태양전지(550)의 이면에서 태양전지를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 하며, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 태양광이 입사될 수 있는 투명 재질로 형성될 수 있다.
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.

Claims (20)

  1. 제1 도전형을 가지는 실리콘 반도체 기판;
    상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 가지는 제1 불순물이 도핑되고, 상기 기판의 일면 상에 위치하는 에미터층;
    상기 에미터층과 접속하는 다수의 전면 핑거라인;
    상기 일면과 대향하는 상기 기판의 타면 상에 위치하며 상기 제1 도전형을 가지는 제2 불순물로 도핑된 후면 전계층; 및
    상기 후면 전계층과 접속하는 다수의 후면 핑거라인;을 포함하고,
    상기 에미터층은 상기 전면 핑거라인과 접하는 제1 영역과, 상기 다수의 전면 핑거라인 사이에 위치하고, 상기 제1 영역보다 도핑농도가 낮은 제2 영역을 포함하고,
    상기 후면 전계층은 상기 후면 핑거라인과 접하는 제3 영역과, 상기 다수의 후면 핑거라인 사이에 위치하고, 상기 제3 영역보다 도핑 농도가 낮은 제4 영역을 포함하며,
    상기 기판의 후면 상에 위치하는 상기 후면 핑거라인의 수와 상기 기판의 전면 상에 위치하는 상기 전면 핑거라인의 수가 상이한 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후면 핑거라인의 수가 상기 전면 핑거라인의 수보다 많은 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 후면 핑거라인 중 인접한 두 개의 후면 핑거라인 간의 거리와 상기 다수의 전면 핑거라인 중 인접한 두 개의 전면 핑거라인 간의 거리의 비는 1 보다 크고 5 보다 작은 태양전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 후면 핑거라인 중 인접한 두 개의 후면 핑거라인 간의 거리는 0.5 내지 2.5㎛ 인 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역의 두께가 상기 제2 영역의 두께보다 두꺼운 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역의 두께는 0.5 내지 2㎛이며, 상기 제2 영역의 두께는 0.3 내지 1㎛인 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 후면전계층은 상기 기판 후면의 모서리와 이격되어 형성된 태양전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 후면전계층과 상기 기판 후면 모서리와의 이격 거리는 2~300㎛ 인 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 영역의 두께가 상기 제4 영역의 두께보다 큰 태양전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제3 영역의 두께는 0.5 내지 2㎛이고, 제4 영역의 두께는 0.3 내지 1㎛인 태양전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 에미터층 상의 제1 반사방지막을 포함하고, 상기 다수의 전면 핑거라인은 상기 제1 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층과 접속하는 태양전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 후면 전계층 상의 제2 반사방지막을 포함하고, 상기 다수의 후면 핑거라인은 상기 제2 반사방지막을 관통하여 상기 후면 전계층과 접속하는 태양전지.
  13. 제1 도전형을 가지는 실리콘 반도체 기판의 전면에 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 가지는 제1 불순물을 도핑하여 에미터층을 형성하는 단계;
    상기 기판의 후면에 상기 제1 도전형을 가지는 제2 불순물을 도핑하여 후면 전계층을 형성하는 단계; 및
    상기 에미터층과 접하는 다수의 전면 핑거라인과 상기 후면 전계층과 접하는 다수의 후면 핑거라인을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 에미터층은 선택적 에미터 구조를 가지며, 상기 후면 전계층은 선택적 후면 전계층의 구조를 가지며,
    상기 기판의 후면 상에 형성되는 상기 후면 핑거라인의 수는 상기 기판의 전면 상에 형성되는 상기 전면 핑거라인의 수와 상이한 태양전지 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 후면 핑거라인의 수가 상기 전면 핑거라인의 수보다 많게 형성되는 태양전지 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 다수의 후면 핑거라인 중 인접한 두 개의 후면 핑거라인 간의 거리와 상기 다수의 전면 핑거라인 중 인접한 두 개의 전면 핑거라인 간의 거리의 비는 1 보다 크고 5 보다 작게 형성되는 태양전지 제조방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 에미터층과 상기 후면 전계층은 이온 주입법(Ion Implantation)에 의해 형성하는 태양전지 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 에미터층을 형성하는 단계는, 상기 제1 불순물을 제1 도핑 농도로 상기 기판의 전면 전체에 1차 도핑하는 단계;
    상기 다수의 전면 핑거라인이 형성될 위치에 대응하는 개구를 포함하는 제1 마스크를 상기 기판 상에 위치시키는 단계; 및
    상기 제1 불순물을 상기 제1 도핑 농도 보다 큰 제2 도핑 농도로 2차 도핑하는 단계;를 포함하는 태양전지 제조방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 후면 전계층을 형성하는 단계는,
    상기 기판 후면의 모서리 부분을 커버하는 제2 마스크를 상기 기판 후면 상에 위치시키고, 상기 기판 후면에 제3 도핑농도로 상기 제2 불순물을 1차 도핑하는 단계;
    상기 다수의 후면 핑거라인이 형성될 위치에 대응하는 개구를 포함하는 제3 마스크를 상기 기판의 후면 상에 위치시킨 후, 상기 제2 불순물을 상기 제3 도핑 농도 보다 큰 제4 도핑 농도로 2차 도핑하는 단계;를 포함하는 태양전지 제조방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 후면전계층은 상기 기판 후면 모서리와 2~300㎛ 이격되어 형성되는 태양전지.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 에미터층 상에 반사방지막을 형성하는 단계와, 상기 후면 전계층 상의 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법.
KR1020110056900A 2011-06-13 2011-06-13 태양전지 KR20120137821A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110056900A KR20120137821A (ko) 2011-06-13 2011-06-13 태양전지
US13/426,908 US10164129B2 (en) 2011-06-13 2012-03-22 Solar cell
EP12002328.8A EP2535942B1 (en) 2011-06-13 2012-03-30 Solar cell
US16/196,742 US11251319B2 (en) 2011-06-13 2018-11-20 Solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110056900A KR20120137821A (ko) 2011-06-13 2011-06-13 태양전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120137821A true KR20120137821A (ko) 2012-12-24

Family

ID=45939101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110056900A KR20120137821A (ko) 2011-06-13 2011-06-13 태양전지

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10164129B2 (ko)
EP (1) EP2535942B1 (ko)
KR (1) KR20120137821A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140126819A (ko) * 2013-04-22 2014-11-03 엘지전자 주식회사 태양 전지
KR20140140200A (ko) * 2013-05-28 2014-12-09 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR20150024672A (ko) * 2013-08-27 2015-03-09 쏠라테크(주) 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101387718B1 (ko) 2012-05-07 2014-04-22 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
WO2014098016A1 (ja) * 2012-12-18 2014-06-26 ＰＶＧ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社 太陽電池セル及びその製造方法
NL2010941C2 (en) * 2013-06-07 2014-12-09 Stichting Energie Photovoltaic cell and method for manufacturing such a photovoltaic cell.
JP6392717B2 (ja) * 2015-09-02 2018-09-19 信越化学工業株式会社 太陽電池セルの製造方法
CN111129213A (zh) * 2019-12-11 2020-05-08 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种双面太阳电池的栅线布局方法
CN111341855A (zh) * 2020-03-05 2020-06-26 江西展宇新能科技有限公司 一种双面电池结构
CN113465546B (zh) * 2021-07-02 2022-09-16 长春理工大学 激光扫描投影系统圆形背向反射合作目标扫描方法
CN116110980A (zh) * 2021-11-10 2023-05-12 浙江晶科能源有限公司 一种电池片以及光伏组件

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0690014A (ja) 1992-07-22 1994-03-29 Mitsubishi Electric Corp 薄型太陽電池及びその製造方法，エッチング方法及び自動エッチング装置，並びに半導体装置の製造方法
JP2992464B2 (ja) * 1994-11-04 1999-12-20 キヤノン株式会社 集電電極用被覆ワイヤ、該集電電極用被覆ワイヤを用いた光起電力素子及びその製造方法
US6133119A (en) * 1996-07-08 2000-10-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device and method manufacturing same
US6552414B1 (en) 1996-12-24 2003-04-22 Imec Vzw Semiconductor device with selectively diffused regions
DE10021440A1 (de) * 2000-05-03 2001-11-15 Univ Konstanz Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und nach diesem Verfahren hergestellte Solarzelle
JP2003298080A (ja) 2002-04-02 2003-10-17 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池の製造方法
US7402448B2 (en) * 2003-01-31 2008-07-22 Bp Corporation North America Inc. Photovoltaic cell and production thereof
US7781669B2 (en) * 2005-02-25 2010-08-24 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic cell
JP2006310368A (ja) 2005-04-26 2006-11-09 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池の製造方法及び太陽電池
RU2369941C2 (ru) 2007-08-01 2009-10-10 Броня Цой Преобразователь электромагнитного излучения (варианты)
US8461032B2 (en) 2008-03-05 2013-06-11 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Use of dopants with different diffusivities for solar cell manufacture
JP2011517119A (ja) * 2008-04-09 2011-05-26 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 太陽電池用窒化障壁層
DE102008052660A1 (de) 2008-07-25 2010-03-04 Gp Solar Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer zweistufigen Dotierung
KR101139458B1 (ko) 2009-06-18 2012-04-30 엘지전자 주식회사 태양전지 및 그 제조방법
JP5384224B2 (ja) * 2009-06-29 2014-01-08 三洋電機株式会社 太陽電池
JP5031007B2 (ja) 2009-09-07 2012-09-19 三洋電機株式会社 光起電力素子
JP5923732B2 (ja) 2009-11-20 2016-05-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 太陽電池モジュール
US8110431B2 (en) * 2010-06-03 2012-02-07 Suniva, Inc. Ion implanted selective emitter solar cells with in situ surface passivation
KR101661768B1 (ko) 2010-09-03 2016-09-30 엘지전자 주식회사 태양전지 및 이의 제조 방법
KR101699300B1 (ko) 2010-09-27 2017-01-24 엘지전자 주식회사 태양전지 및 이의 제조 방법
KR101838278B1 (ko) * 2011-12-23 2018-03-13 엘지전자 주식회사 태양 전지

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140126819A (ko) * 2013-04-22 2014-11-03 엘지전자 주식회사 태양 전지
KR20140140200A (ko) * 2013-05-28 2014-12-09 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR20150024672A (ko) * 2013-08-27 2015-03-09 쏠라테크(주) 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
US11251319B2 (en) 2022-02-15
US20190088805A1 (en) 2019-03-21
US20120312367A1 (en) 2012-12-13
US10164129B2 (en) 2018-12-25
EP2535942A2 (en) 2012-12-19
EP2535942B1 (en) 2019-05-08
EP2535942A3 (en) 2013-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101969032B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
US11251319B2 (en) Solar cell
KR102018652B1 (ko) 태양 전지
KR20140003691A (ko) 태양 전지 모듈 및 이에 적용되는 리본 결합체
US10998456B2 (en) Solar cell, method for manufacturing same and solar cell module
KR20140095658A (ko) 태양 전지
KR20120032238A (ko) 양면 수광형 태양전지 모듈
KR101092468B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR102085039B1 (ko) 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법
US20170323986A1 (en) Photovoltaic module
KR20120064495A (ko) 태양 전지 및 그 제조방법
KR20120140026A (ko) 태양전지
KR101994692B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR20110003787A (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101983361B1 (ko) 양면 수광형 태양전지
KR102053141B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR20140011450A (ko) 양면 수광형 태양전지 모듈
KR102000063B1 (ko) 태양 전지 모듈
KR20140015953A (ko) 태양전지 및 이를 구비한 태양전지 모듈
KR20120106690A (ko) 태양 전지
KR102233886B1 (ko) 태양전지 모듈
KR20150083390A (ko) 태양전지 모듈
KR20140078779A (ko) 태양전지 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2018101000233; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20180118

Effective date: 20181217