KR20130013289A - 태양 전지 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘 기판; 다결정 실리콘 기판의 입사면인 전면의 상부에 위치하며 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 다결정 실리콘 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부; 다결정 실리콘 기판의 전면 상부에 위치하며 제 2 도전성 타입의 불순물이 에미터부보다 고농도로 도핑된 제 1 고농도 도핑부; 제 1 고농도 도핑부의 전면 상부에 배치되는 전면 전극부; 에미터부의 전면 상부에 형성되는 반사 방지막; 및 다결정 실리콘 기판의 후면 상부에 배치되는 후면 전극부;를 포함하며, 에미터부의 전면은 곡면을 포함하는 복수 개의 함몰부를 포함하며, 복수 개의 함몰부에서 서로 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 거리들은 오차 범위 내에서 서로 동일하다.

Description

태양 전지 및 그의 제조 방법{SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 태양 전지 및 그의 제조 방법에 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 반도체에서 전자와 정공이 생성되고, p-n 접합에 의해 생성된 전하는 n형과 p형 반도체로 각각 이동하므로, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명은 광전 변환 효율이 향상된 태양 전지 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘 기판; 다결정 실리콘 기판의 입사면인 전면의 상부에 위치하며 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 다결정 실리콘 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부; 다결정 실리콘 기판의 전면 상부에 위치하며 제 2 도전성 타입의 불순물이 에미터부보다 고농도로 도핑된 제 1 고농도 도핑부; 제 1 고농도 도핑부의 전면 상부에 배치되는 전면 전극부; 에미터부의 전면 상부에 형성되는 반사 방지막; 및 다결정 실리콘 기판의 후면 상부에 배치되는 후면 전극부;를 포함하며, 에미터부의 전면은 곡면을 포함하는 복수 개의 함몰부를 포함하며, 복수 개의 함몰부에서 서로 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 거리들은 오차 범위 내에서 서로 동일하다.
여기서, 에미터부와 접촉하는 다결정 실리콘 기판의 표면은 곡면을 갖는 함몰된 형상을 가질 수 있다. 아울러, 에미터부는 제 1 고농도 도핑부의 후면 중에서 적어도 일부에는 형성되지 않을 수 있다.
또한, 제 1 고농도 도핑부의 전면 및 후면의 표면은 평탄면을 가질 수 있다.
또한, 태양 전지는 에미터부 전면 상부 중 일부분에 더 형성되는 제 2 고농도 도핑부를 더 포함할 수 있으며, 제 2 고농도 도핑부는 에미터부의 전면 상부 중 복수 개의 함몰부 사이의 상부에 형성될 수 있다.
여기서, 제 2 고농도 도핑부의 측면은 곡면을 가질 수 있으며, 제 2 고농도 도핑부에 형성된 곡면은 에미터부에 포함된 함몰부의 곡면과 연속될 수 있다.
또한, 반사 방지막은 에미터부 및 제 2 고농도 도핑부와 접촉할 수 있으며, 반사 방지막의 전면 표면은 에미터부 및 제 2 고농도 도핑부에 의해 형성된 함몰 형상에 대응하여 함몰된 형상을 가질 수 있다.
또한, 에미터부에 형성된 복수 개의 함몰부는 중심부가 열 방향 및 행 방향으로 서로 일치하거나, 에미터부에 형성된 복수 개의 함몰부는 중심부가 열 방향 및 행 방향 중 적어도 하나의 방향으로 서로 일치하지 않을 수 있다.
또한, 에미터부에 형성된 복수 개의 함몰부의 배열 형태는 삼각형 또는 사각형일 수 있으며, 에미터부에 형성된 복수 개의 함몰부의 평면 형상은 삼각형, 사각형, 다각형 또는 원형일 수 있다.
아울러, 서로 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 거리들에 대한 오차 범위는 10% 이내일 수 있으며, 제 1 고농도 도핑부의 면저항은 5Ω/sq. ~ 40Ω/sq.이고, 에미터부의 면저항은 80Ω/sq. ~ 120Ω/sq.일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례는 제 1 타입의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘 기판의 입사면인 전면을 제 1 타입의 불순물과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물로 도핑하는 제 1 도핑 단계; 제 1 도핑 단계 이후, 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘 기판의 전면 상부에 복수 개의 홀이 형성된 마스크를 배치하는 단계; 마스크가 배치된 상태에서 다결정 실리콘 기판의 전면을 에칭하여 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑된 부분과 다결정 실리콘 기판의 전면에 복수 개의 함몰부를 형성하는 에칭 단계; 복수 개의 함몰부가 형성된 다결정 실리콘 기판의 전면에 제 2 도전성 타입의 불순물로 도핑하는 제 2 도핑단계;를 포함한다.
여기서, 제 1 도핑단계에서 제 2 타입의 불순물의 도핑 농도는 제 2 도핑단계에서 제 2 타입의 불순물의 도핑 농도보다 높을 수 있다.
아울러, 마스크에 형성된 복수 개의 홀은 전면 전극부가 형성될 영역을 제외한 나머지 영역과 대응하는 부분에 형성될 수 있으며, 마스크에 형성된 각 홀 사이의 간격은 각 홀 폭의 1.5배 내지 2.5배 보다 작을 수 있다.
또한, 에칭 단계는 등방성 습식 에칭(wet etching)을 이용할 수 있다.
그리고, 제 2 도전성 타입의 불순물은 제 1 도핑 단계보다 제 2 도핑 단계에 의해 다결정 실리콘 기판의 내부로 더 깊이 도핑될 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법은 다결정 실리콘 기판에 형성된에미터부의 상부면에 복수 개의 패터닝된 함몰부를 형성하고, 전면 전극부의 후면에 고농도 도핑 영역을 형성하여 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지의 일부분에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 라인 Ⅱ-Ⅱ에 따른 본 발명에 따른 태양 전지의 측면을 바라본 형상이다.
도 3은 도 1에서 반사 방지막 및 전면 전극을 제거한 상태에서 A부분을 확대하여 본 발명에 따른 다결정 실리콘 기판 및 고농도 도핑부를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
도 4는 도 3에서 라인 Ⅳ-Ⅳ에 따른 다결정 실리콘 기판의 측면을 바라본 형상이다.
도 5 내지 도 12는 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법 중에서 적용 가능한 마스크의 일례를 설명하기 위한 도이다.
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, 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 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지(1)의 일부분에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 라인 Ⅱ-Ⅱ에 따른 본 발명에 따른 태양 전지(1)의 측면을 바라본 형상이다.
이와 같은 태양 전지(1)의 일례는, 다결정 실리콘 기판(110), 다결정 실리콘 기판(110)의 전면 상부에 위치하는 에미터부(122), 다결정 실리콘 기판(110)의 전면 상부에 위치하는 제 1 고농도 도핑부(121A) 및 에미터부(122)의 전면 상부 중 일부분에 형성되는 제 2 고농도 도핑부(121B)를 포함하는 고농도 도핑부(121), 에미터부(122)의 전면 상부에 위치하는 반사 방지막(130), 다결정 실리콘 기판(110)의 후면 상부에 위치하는 후면 전계부(170), 제 1 고농도 도핑부(121A)의 전면 상부에 위치하는 전면 전극부(150) 및 다결정 실리콘 기판(110)의 후면 상부에 위치하는 후면 전극부(160)를 포함할 수 있다.
여기서, 다결정 실리콘 기판(110), 에미터부(122), 제 1 고농도 도핑부(121A), 제 2 고농도 도핑부(121B) 및 후면 전계부(170)는 동일한 하나의 반도체 기판(10) 내에 불순물이 도핑되어 형성될 수 있으며, 제 2 고농도 도핑부(121B) 및 후면 전계부(170)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
다결정 실리콘 기판(110)은 제1 도전성 타입의 불순물, 예를 들어 p형 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 형성될 수 있으며, 다결정 실리콘 재질로 형성된다.
다결정 실리콘 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 다결정 실리콘 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 이와는 달리, 다결정 실리콘 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 다결정 실리콘 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 다결정 실리콘 기판(110)에 도핑된다.
이러한 다결정 실리콘 기판(110)에 빛이 입사되면, 입사된 빛의 에너지로 인해 전자와 정공이 발생하게 된다.
이와 같은 다결정 실리콘 기판(110)에서 에미터부와 접촉하는 표면은 도 2에 도시된 바와 같이 다결정 실리콘 기판(110)의 내부로 함몰된 형상을 갖는다. 이와 같은 함몰된 형상은 도 2에 도시된 바와 같이 곡면을 가진다.
에미터부(122)는 다결정 실리콘 기판(110)의 입사면인 전면에 위치하며, 에미터부(122)에는 다결정 실리콘 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물이 도핑된다. 따라서 다결정 실리콘 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 다결정 실리콘 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자와 정공 중 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 다결정 실리콘 기판(110)이 p형이고 에미터부(122)가 n형일 경우, 정공은 다결정 실리콘 기판(110) 쪽으로 이동하고 전자는 에미터부(122) 쪽으로 이동한다.
에미터부(122)는 다결정 실리콘 기판(110), 즉 다결정 실리콘 기판(110)의 제1 도전성 타입과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 다결정 실리콘 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(122)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 전자는 다결정 실리콘 기판(110)쪽으로 이동하고 정공은 에미터부(122)쪽으로 이동한다.
에미터부(122)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(122)는 5가 원소의 불순물을 다결정 실리콘 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 에미터부(122)가 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(122)는 3가 원소의 불순물을 다결정 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이때, 에미터부(122)의 면저항은 일례로 80Ω/sq. ~ 120Ω/sq.일 수 있다. 따라서, 에미터부(122)가 흡수하는 빛의 양을 좀더 감소시켜, 다결정 실리콘 기판(110)으로 입사되는 빛의 양을 증가시키고, 불순물에 의한 전하 손실을 좀더 감소시킨다.
이와 같은 에미터부(122)의 전면은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 곡면을 포함하는 복수 개의 함몰부를 포함한다. 이와 같은 복수 개의 함몰부는 일정한 패턴을 가지는 형상으로 형성될 수 있으며, 따라서, 이와 같은 복수 개의 함몰부에서 서로 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 거리들은 오차 범위 내에서 서로 동일하게 된다. 이에 대해서는 도 3에서 보다 자세히 설명한다.
이와 같이 에미터부(122)의 전면에 형성되는 복수 개의 함몰부의 곡면 형상은 다결정 실리콘 기판(110)의 전면 표면에 형성된 함몰된 형상의 곡면과 동일한 형태일 수 있다.
또한, 에미터부(122)는 상부에 전면 전극부가 배치되는 고농도 도핑부의 후면 중에서 적어도 일부에는 형성되지 않을 수 있다. 그러나, 이와 같은 도 1 및 도 2에 한정하지는 않고, 에미터부(122)는 상부에 전면 전극부가 배치되는 고농도 도핑부의 후면 전체에 형성될 수도 있다.
고농도 도핑부(121)는 전술한 바와 같이 제 1 고농도 도핑부(121A) 및 제 2 고농도 도핑부(121B)를 포함할 수 있으며, 제 1 고농도 도핑부(121A) 및 제 2 고농도 도핑부(121B)는 다결정 실리콘 기판(110)의 전면 상부에 위치하며 제 2 도전성 타입의 불순물이 에미터부(122)보다 고농도로 도핑된 영역이다. 여기서, 제 2 고농도 도핑부(121B)가 생략되는 것도 가능하나, 이하에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 고농도 도핑부(121B)가 형성된 경우를 일례로 설명한다.
제 1 고농도 도핑부(121A)의 전면 상부에는 전면 전극부(150)가 형성되며, 제 1 고농도 도핑부(121A)의 전면 및 후면의 표면은 평탄면을 가질 수 있다. 이와 같이 제 1 고농도 도핑부(121A)를 형성함으로써, 제 1 고농도 도핑부(121A)와 전면 전극부(150) 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
이와 같은 제 1 고농도 도핑부(121A)의 후면 중에서 적어도 일부에는 도 2에 도시된 바와 같이, 에미터부(122)가 형성되지 않을 수 있다.
다음, 제 2 고농도 도핑부(121B)는 에미터부(122) 전면 상부 중 일부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 고농도 도핑부(121B)는 에미터부(122)의 전면 상부 중 복수 개의 함몰부 사이의 상부에 형성될 수 있다. 아울러, 제 2 고농도 도핑부(121B)의 측면은 곡면을 가질 수 있으며, 제 2 고농도 도핑부(121B)에 형성된 곡면은 에미터부(122)에 포함된 함몰부의 곡면과 연속될 수 있다. 그러나, 제 2 고농도 도핑부(121B)에 형성된 곡면은 에미터부(122)에 포함된 함몰부의 곡면과 연속되지 않거나, 제 2 고농도 도핑부(121B)의 측면이 곡면을 가지지 않는 것도 가능하다.
여기서, 제 1 고농도 도핑부(121A)와 제 2 고농도 도핑부(121B)를 포함하는 고농도 도핑부(121)에는 에미터부(122)에 비하여 상대적으로 더 고농도로 불순물이 도핑된다. 따라서 에미터부(122)의 면저항 보다 고농도 도핑부(121)의 면저항이 낮고, 제 1 고농도 도핑부(121A)와 제 2 고농도 도핑부(121B)의 면저항은 일례로, 5Ω/sq. ~ 40Ω/sq.일 수 있으며, 이에 따라 제 1 고농도 도핑부(121A)와 제 2 고농도 도핑부(121B)의 전도도가 좀더 안정적으로 확보되어 전하의 이동량을 좀더 증가시킬 수 있다.
아울러, 제 1 고농도 도핑부(121A)는 에미터부(122)와 마찬가지로, 다결정 실리콘 기판(110)과 p-n 접합을 형성한다.
이처럼, 다결정 실리콘 기판(110)과 p-n 접합을 형성하는 에미터부(122)와 제 1 고농도 도핑부(121A)는 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 다결정 실리콘 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자와 정공 중 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 다결정 실리콘 기판(110)이 p형이고 에미터부(122) 및 제 1 고농도 도핑부(121A)가 n형일 경우, 분리된 정공은 다결정 실리콘 기판(110) 후면 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(122) 및 제 1 고농도 도핑부(121A) 쪽으로 이동한다.
에미터부(122) 및 제 1 고농도 도핑부(121A)는 다결정 실리콘 기판(110)의 제1 도전성 부분과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 다결정 실리콘 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(122) 및 제 1 고농도 도핑부(121A)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 다결정 실리콘 기판(110)의 후면 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(122) 및 제 1 고농도 도핑부(121A)쪽으로 이동한다.
에미터부(122) 및 제 1 고농도 도핑부(121A)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(122) 및 제 1 고농도 도핑부(121A)는 5가 원소의 불순물을 다결정 실리콘 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 3가 원소의 불순물을 다결정 실리콘 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이와 같이, 다결정 실리콘 기판(110)의 제1 도전성 타입 부분과 에미터부(122) 및 제 1 고농도 도핑부(121A)와의 p-n 접합에 의해 전자와 정공의 이동이 이루어질 때, 면저항값과 불순물 도핑 농도가 서로 상이한 에미터부(122)와 제 1 고농도 도핑부(121A)에 의해, 전하의 이동 방향과 불순물에 의한 전하의 손실량이 달라지게 된다.
즉, 에미터부(122)와 제 1 고농도 도핑부(121A) 중 면저항값이 높은 부분을 통해 이동할 때보다 면저항값이 낮은 부분을 통해 이동할 때, 전하의 이동은 보다 용이하게 행해지고, 또한, 불순물 도핑 농도가 증가할수록 해당 부분의 전도도는 증가하게 된다.
아울러, 제 1 고농도 도핑부(121A)뿐만 아니라 제 2 고농도 도핑부(121B)도 낮은 면저항값을 갖게 된다. 따라서, 본 예와 같이, 해당 전하(예, 전자)가 에미터부(122)로 이동할 경우, 에미터부(122)의 전면 상부 중 일부분에 위치한 제 2 고농도 도핑부(121B)로 인하여, 에미터부(122)로 이동한 전하는 높은 면저항값을 갖는 에미터부(122)에서 상대적으로 낮은 면저항값을 갖는 제 2 고농도 도핑부(121B)로 이동하게 된다. 이와 같이 제 2 고농도 도핑부(121B)로 이동된 전하는 상대적으로 낮은 면저항으로 인하여 이동 도중 전하의 손실을 최소화하면서 제 1 고농도 도핑부(121A)로 빠른 속도로 이동할 수 있다.
따라서, 다결정 실리콘 기판(110)의 전면 쪽에 위치한 에미터부(122)까지 이동한 전하(예, 전자)는 에미터부(122)의 상부 표면을 따라서 자신보다 면저항값이 낮은 인접한 제 2 고농도 도핑부(121B)쪽으로 이동한다. 따라서 제 2 고농도 도핑부(121B)는 에미터부(122) 쪽으로 이동한 전하를 전송하는 반도체 채널(semiconductor channel)로서 작용한다.
이와 같은 제 1 고농도 도핑부(121A)와 제 2 고농도 도핑부(121B)는 다결정 실리콘 기판(110)의 전면 표면에 먼저 제 2 도전성 타입의 불순물이 에미터부(122)보다 고농도로 도핑된 영역을 먼저 형성한 이후, 패터닝된 마스크를 이용하여 습식 에칭으로 다결정 실리콘 기판(110)의 전면 표면에 복수 개의 함몰부를 형성하는 과정에 의해 형성될 수 있다. 이에 대해서는 본 발명에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법을 설명할 때에 보다 구체적으로 설명한다.
반사 방지막(130)은 외부로부터 입사된 빛이 다시 외부로 반사되는 것을 방지하며, 에미터부(122)의 전면 상부에 형성된다. 보다 구체적으로 반사 방지막(130)은 다결정 실리콘 기판(110)의 전면 상부 중에서 전면 전극부(150)가 형성되지 않은 에미터부(122)의 전면 상부에 형성될 수 있다.
이와 같은 반사 방지막(130)은 에미터부(122) 및 제 2 고농도 도핑부(121B)에 접촉하여 형성될 수 있으며, 반사 방지막(130)의 전면 표면은 에미터부(122) 및 제 2 고농도 도핑부(121B)에 의해 형성된 함몰 형상에 대응하여 함몰된 형상을 가질 수 있다. 즉, 반사 방지막(130)의 전면 표면은 복수 개의 함몰된 형상을 가질 수 있다.
그러나, 도 1 및 도 2와 다르게, 도시되지는 않았지만, 반사 방지막(130)의 전면 표면이 함몰되지 않고, 평탄할 수도 있다.
이와 같은 반사 방지막(130)은 투명한 물질로 이루어져 있고, 예를 들어, 수소화된 실리콘 질화막(SiNx), 수소화된 실리콘 산화막(SiOx), 또는 수소화된 실리콘 산화 질화막(SiOxNy) 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같은 반사 방지막(130)은 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다.
또한 반사 방지막(130)를 형성할 때 주입된 수소(H) 등을 통해 반사 방지막(130)은 에미터부(122) 또는 고농도 도핑부(121)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 에미터부(122) 또는 고농도 도핑부(121)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 결함에 의해 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행한다. 따라서 결함에 의해 에미터부(122) 또는 고농도 도핑부(121)의 표면 및 그 부근에서 손실되는 전하의 양이 감소하므로, 태양 전지(1)의 효율은 향상된다.
본 실시예에서, 반사 방지막(130)은 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
다음, 전면 전극부(150)는 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 교차하는 방향으로 형성되는 복수 개의 핑거 전극(151)과 복수 개의 전면 버스바(152)를 포함하고, 제 1 고농도 도핑부(121A)의 상부에 형성되어 제 1 고농도 도핑부(121A)와 전기적으로 연결된다.
그러나, 도시된 바와 다르게, 복수 개의 전면 버스바(152)가 생략될 수도 있다. 그러나, 이하에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 전면 전극부(150)에 복수 개의 전면 버스바(152)가 포함된 경우를 일례로 설명한다.
여기서, 전술한 복수의 핑거 전극(151)과 복수 개의 전면 버스바(152)는 제 1 고농도 도핑부(121A)와 연결되어 있다. 복수의 핑거 전극(151)과 복수 개의 전면 버스바(152)는 제 1 고농도 도핑부(121A) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
이때, 전면 버스바(152)는 복수의 핑거 전극(151)과 동일 층에 위치하여 각 핑거 전극(151)과 교차하는 지점에서 해당 핑거 전극(151)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 핑거 전극(151)은 전면 버스바(152)와 교차하는 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 전면 버스바(152)는 핑거 전극(151)과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 전면 전극부(150)는 다결정 실리콘 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치할 수 있다.
각 전면 버스바(152)는 고농도 도핑부(121)로부터 이동하는 전하(예, 전자)뿐만 아니라 교차하는 복수의 핑거 전극(151)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 되므로, 각 전면 버스바(152)의 폭은 각 핑거 전극(151)의 폭보다 클 수 있다.
전면 버스바(152)는 외부 장치와 연결되어, 수집된 전하를 외부 장치로 출력한다. 복수의 핑거 전극(151)과 전면 버스바(152)를 구비한 전면 전극부(150)는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전 물질로 이루어져 있다.
도 1에서, 다결정 실리콘 기판(110)에 위치하는 핑거 전극(151)과 전면 버스바(152)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
후면 전계부(170)는 다결정 실리콘 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 다결정 실리콘 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
이러한 다결정 실리콘 기판(110)의 제1 도전성 영역과 후면 전계부(170)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(170) 쪽으로 전자 이동은 방해되는 반면, 후면 전계부(170) 쪽으로의 정공 이동은 좀더 용이해진다. 따라서, 후면 전계부(170)는 다결정 실리콘 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 후면 전극부(160)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
후면 전극부(160)는 반도체 기판(10)의 후면 상부에 배치되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 후면 전극(161)과 후면 버스바(162)를 포함할 수 있다. 그러나, 여기서, 후면 버스바(162)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
후면 전극(161)은 다결정 실리콘 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(170)와 접촉하고 있고, 후면 버스바(162)가 위치한 부분을 제외하면 실질적으로 다결정 실리콘 기판(110)의 후면 전체에 위치한다. 대안적인 예에서, 후면 전극(161)은 다결정 실리콘 기판(110) 후면의 가장자리 부분에 위치하지 않을 수 있다. 이와 같은 후면 전극(161)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다.
이러한 후면 전극(161)은 후면 전계부(170)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극(161)이 다결정 실리콘 기판(110)보다 높은 불순물 농도를 갖는 후면 전계부(170)와 접촉하고 있으므로, 다결정 실리콘 기판(110), 즉 후면 전계부(170)와 후면 전극(161) 간의 접촉 저항이 감소하여 다결정 실리콘 기판(110)으로부터 후면 전극(161)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
복수의 후면 버스바(162)는 후면 전극(161)이 위치하지 않는 다결정 실리콘 기판(110)의 후면 위에 위치하며 인접한 후면 전극(161)과 연결되어 있다. 이때, 복수의 후면 버스바(162)와 후면 전극(161)은 다결정 실리콘 기판(110)의 후면에서 동일 층에 위치하고 있다.
이러한 복수의 후면 버스바(162)는 복수의 전면 버스바(152)와 유사하게, 후면 전극(161)으로부터 전달되는 전하를 수집한다.
복수의 후면 버스바(162) 역시 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(162)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
이러한 복수의 후면 버스바(162)는 후면 전극(161)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 후면 전극(161)과는 달리 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
이러한 후면 버스바(162)는 전면 버스바(152)의 연장 방향과 같은 방향으로 서로 이격되어 나란히 뻗어 있다. 이때, 복수의 후면 버스바(162)는 다결정 실리콘 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(152) 와 대응되게 마주본다. 본 예에서, 후면 버스바(162)의 개수는 전면 버스바(152)의 개수와 동일하다.
이와 같은 후면 버스바(162)는 일례로, 전면 버스바(152)와 나란하게 스트라이프 형상을 가질수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 반사 방지막(130)를 통해 반도체부인 고농도 도핑부(121), 에미터부(122) 및 다결정 실리콘 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자와 정공이 발생한다. 이때, 반사 방지막(130)에 의해 다결정 실리콘 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 다결정 실리콘 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자와 정공은 다결정 실리콘 기판(110)과 에미터부(122)의 p-n 접합, 또는 제 1 고농도 도핑부(121A)와 다결정 실리콘 기판(110)과의 p-n 접합에 의해 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 전하는 고농도 도핑부(121)와 에미터부(122) 쪽으로, p형의 도전성 타입을 갖는 전하는 다결정 실리콘 기판(110) 쪽으로 각각 이동한다.
여기서, 에미터부(122) 쪽으로 이동한 전자는 제 1 고농도 도핑부(121A)를 따라, 복수의 핑거 전극(151)과 복수의 전면 버스바(152)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(152)를 따라 이동하고, 다결정 실리콘 기판(110) 쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(161)과 복수의 후면 버스바(162)에 의해 수집되어 복수의 후면 버스바(162)를 따라 이동한다. 따라서, 어느 한 태양 전지의 이러한 전면 버스바(152)와 이웃하는 태양 전지의 후면 버스바(162)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다. 이로 인해, 태양 전지(1)의 광전 변환 효율이 향상된다.
이하의 도 3 및 도 4에서는 본원 발명의 에미터부와 제 2 고농도 도핑부에 대해서 보다 자세히 설명한다.
도 3은 도 1에서 반사 방지막(130) 및 전면 전극부(150)을 제거한 상태에서 A부분을 확대하여 본 발명에 따른 다결정 실리콘 기판(110) 및 제 1 고농도 도핑부(121A) 및 제 2 고농도 도핑부(121B)를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도이고, 도 4는 도 3에서 라인 Ⅳ-Ⅳ에 따른 다결정 실리콘 기판(110)의 측면을 바라본 형상이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에미터부(122)에 형성된 복수 개의 함몰부는 서로 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 거리들이 오차 범위 내에서 서로 동일할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 거리들 CD1, CD2 및 CD3는 오차 범위 이내에서 서로 동일할 수 있다.
여기서, 서로 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 거리들(CD1, CD2, CD3)에 대한 오차 범위는 10% 이내일 수 있다. 즉, CD1이 20㎛, CD2가 18㎛, CD3가 22㎛인 경우, 중간(평균) 값을 가지는 CD1을 기준으로 CD2나 CD3는 모두 10%내의 오차 범위에 들어가므로 서로 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 거리들(CD1, CD2, CD3)은 서로 동일한 것으로 취급될 수 있다.
본 발명에 따른 에미터부(122)에 형성된 복수 개의 함몰부는 중심부가 열 방향 및 행 방향 중 적어도 하나의 방향으로 서로 일치하지 않을 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 라인 Ⅳ-Ⅳ과 나란한 행 방향으로는 에미터부(122)에 형성된 복수 개의 함몰부의 중심부가 일치되도록 배열되나, 라인 Ⅳ-Ⅳ과 수직한 열 방향으로는 함몰부의 중심부가 서로 일치하지 않을 수 있다.
또한, 아울러, 도 3과 다르게, 에미터부(122)에 형성된 복수 개의 함몰부는 중심부가 열 방향 및 행 방향으로 서로 일치할 수도 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 에미터부(122)에 형성된 복수 개의 함몰부의 배열 형태는 삼각형일 수도 있으나, 도 3과 다르게 사각형일 수도 있다.
또한, 아울러, 에미터부(122)에 형성된 복수 개의 함몰부의 평면 형상은 도 3과 같이 원형일 수도 있으나, 이와 다르게, 삼각형, 사각형 또는 다각형의 형상을 지닐 수도 있다. 이는 다결정 실리콘 기판(110)의 전면을 에칭하기 위해 사용되는 마스크의 패턴에 따라 얼마든지 달라질 수 있다.
또한, 제 2 고농도 도핑부(121B)는 전술한 바와 같이, 에미터부(122)의 전면 상부 중 복수 개의 함몰부 사이의 상부에 형성될 수 있으며, 제 2 고농도 도핑부(121B)의 측면은 곡면을 가질 수 있다.
이와 같이, 에미터부(122)의 전면 상부 중 복수 개의 함몰부 사이의 상부에 형성된 제 2 고농도 도핑부(121B)는 평면에서 보았을 때에, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 홀을 포함할 수 있다.
이와 같은 제 2 고농도 도핑부(121B)의 각 홀은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 고농도 도핑부(121B)의 입사면에 위치한 제 1 개구부(WH1)와 제 2 고농도 도핑부(121B)의 후면에 위치한 제 2 개구부(WH2)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 고농도 도핑부(121B)의 각 홀에서 제 2 개구부(WH2)를 통해 에미터부(122)가 노출될 수 있다. 즉, 제 2 개구부(WH2)는 에미터부(122)와 접하는 제 2 고농도 도핑부(121B)의 후면 부분에 형성되어, 에미터부(122)의 함몰부가 노출된다.
이와 같은 제 2 고농도 도핑부(121B)의 각 홀에서 제 1 개구부(WH1)의 폭은 제 2 개구부(WH2)의 폭보다 클 수 있다. 이와 같이 제 2 고농도 도핑부(121B)의 각 홀을 형성함으로써, 제 2 고농도 도핑부(121B)의 각 홀의 내부 측면이 입사면에 사선 방향으로 경사지도록 하여, 입사된 빛이 외부로 다시 반사되는 것을 방지할 수 있고, 태양 전지(1)의 입사면을 더 확장시킬 수 있어 태양 전지(1)의 광전 변환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
여기서, 일례로, 제 2 개구부(WH2)의 폭은 제 1 개구부(WH1)의 폭의 0.8배 이상일 수 있으며, 또는 제 1 개구부(WH1)의 폭은 제 2 개구부(WH2)의 폭보다 큰 범위 내에서 제 1 개구부(WH1)의 폭은 1㎛~15㎛ 사이의 값을 가질 수 있으며, 제 2 개구부(WH2)의 폭은 0.5㎛~13㎛ 사이의 값을 가질 수 있다.
아울러, 제 2 고농도 도핑부(121B)의 영역 중 상부에 반사 방지막(130)이 형성되는 영역에 위치하는 영역에서 제 1 개구부(WH1)들 사이의 간격(DH)은 5㎛ 이하의 값을 가질 수 있다. 즉, 제 1 개구부(WH1)들 사이에 간격(DH)이 없을 수 있거나, 제 1 개구부(WH1)들 사이에 간격(DH)이 있다고 하더라도 5㎛ 이하가 되도록 할 수 있다. 이와 같이 제 1 개구부(WH1)들 사이의 간격이 최소화되도록 하여 태양 전지(1)로 입사된 빛이 제 1 개구부(WH1) 사이의 입사면에 의해 외부로 다시 반사되는 양을 최소화할 수 있어 광전 변환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
여기서 제 2 고농도 도핑부(121B)의 두께(D1)는 일례로 대략 0.3㎛~0.6㎛ 사이의 값을 가질 수 있으며, 에미터부(122)의 두께(D2)는 0.2㎛~0.4㎛사이의 값을 가지도록 하여, 제 2 고농도 도핑부(121B)와 에미터부(122)의 두께의 합(D1+D2)이 0.5㎛~1㎛ 사이의 값을 가지도록 할 수 있다.
이와 같은 제 2 고농도 도핑부(121B)의 각 홀의 형태는 태양 전지(1)의 입사면에서 봤을 때, 도 3과 같이 원형 형태일 수 있으나, 사각형 형태이거나 벌집(honeycomb) 구조 형태(6각형 형태) 또는 다각형 형태일 수도 있다.
아울러, 제 2 고농도 도핑부(121B)의 각 홀의 배열은 도 3과 같이 벌집 구조와 동일한 배열로 형성될 수도 있으나, 격자형 배열로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 다결정 실리콘 기판(110)의 입사면 최상부에 배치되는 제 2 고농도 도핑부(121B)는 전술한 바와 같이 복수 개의 홀을 포함하되, 도 3 내지 도 4와 같이, 복수 개의 홀이 상부에 반사 방지막(130)이 형성된 부분(A130)인 제 2 고농도 도핑부(121B)의 상부에만 형성되고, 상부에 전면 전극이 형성되는 부분(A152)인 제 1 고농도 도핑부(121A)의 상부에는 복수 개의 홀이 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 전면 전극이 형성되는 부분(A152)에서는 제 1 고농도 도핑부(121A)가 제 1 반도체와 직접 접촉하여 p-n 접합을 형성할 수 있다.
따라서, 일례로 도 3 및 도 4와 같이, 제 1 고농도 도핑부(121A)의 상부에 전면 버스바(152)가 형성될 영역(A152)과 핑거 전극(151)이 형성될 영역(A151)에는 복수 개의 홀이 형성되지 않고, 나머지 제 2 고농도 도핑부(121B)의 영역 중에서 제 2 고농도 도핑부(121B) 상부에 반사 방지막(130)이 형성될 영역(A130)에만 복수 개의 홀이 형성될 수 있다.
그러나, 도 3 내지 도 4와 다르게, 복수 개의 홀이 제 1 고농도 도핑부(121A)에도 형성될 수도 있다. 그러나, 도 3 내지 도 4와 같이, 복수 개의 홀이 제 2 고농도 도핑부(121B)에만 형성되고, 제 1 고농도 도핑부(121A)에는 복수 개의 홀이 형성되지 않을 경우, 제 1 고농도 도핑부(121A)에서 전면 전극부(150)와 접촉하는 면을 더욱 평탄하게 할 수 있어, 제 1 고농도 도핑부(121A)와 전면 전극부(150)가 접촉하는 부분의 접촉 저항을 더욱 감소시킬 수 있다.
도 1 내지 도 4에서 설명한 태양 전지(1)를 제조하는 태양 전지 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
도 5 내지 도 12는 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 도이고, 도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법 중에서 적용 가능한 마스크의 일례를 설명하기 위한 도이다.
먼저, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례는 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 타입의 불순물이 도핑되어 다결정 실리콘 기판(110)으로 형성된 다결정 실리콘 기판(110)의 입사면인 전면을 제 1 타입의 불순물과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물(121’)로 도핑하는 제 1 도핑 단계를 수행한다. 여기서, 제 2 도전성 타입의 불순물(121’)이 도핑되는 깊이는 0.3㎛~0.6㎛ 사이일 수 있다.
이에 따라, 다결정 실리콘 기판(110)과 제 2 도전성 타입의 불순물(121’)로 도핑된 부분은 하나의 반도체 기판(10)에 포함된다.
다음, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법의 일례는 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 도핑 단계 이후, 제 2 도전성 타입의 불순물(121’)이 도핑된 다결정 실리콘 기판(110)의 전면 상부에 복수 개의 홀(200h)이 형성된 마스크(200)를 배치한다.
여기서, 마스크(200)를 위에서 내려다 본 평면의 형태는 도 13과 같을 수 있다. 도 13에서 (a)는 마스크(200)의 평면을 도시한 것이고, (b)는 (a)에서 일부분을 확대한 도이다.
도 13의 (a)와 같이, 본 발명에 따른 마스크(200)는 전면 전극부(A151, A152)가 형성될 영역, 즉 다결정 실리콘 기판(110)의 입사면 중에서 핑거 전극(151)이 형성될 부분과 대응되는 영역(A151)과 전면 버스바(152)가 형성될 부분과 대응되는 영역(A152)에는 복수 개의 홀(200h)이 형성되지 않고, 나머지 영역에만 도시된 바와 같이 복수 개의 홀(200h)이 형성되도록 할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 다결정 실리콘 기판(110)의 입사면 중에서 제 1 고농도 도핑부(121A)가 형성될 부분에는 복수 개의 함몰부가 형성되지 않도록 할 수 있다.
여기서, 복수 개의 홀(200h)의 배열은 일례로 도 13과 같이 벌집 구조와 같은 배열을 가질 수 있으며, 각 홀(200h)의 형상은 둥근 형태를 가질 수 있다.
이와 같이, 마스크(200)의 형태가 도 13과 같을 경우, 홀(200h)의 폭(D3)은 1㎛~10㎛ 사이의 값을 가질 수 있으며, 홀(200h)과 홀(200h) 사이의 간격(D4)은 2㎛~20㎛ 사이의 값을 가질 수 있다.
아울러, 마스크(200)에 형성된 각 홀(200h)과 홀(200h) 사이의 간격(D4)은 각 홀(200h) 폭(D3)의 1.5~2.5배 사이가 되도록 할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 반도체 기판(10)의 입사면이 에칭된 이후, 반도체 기판(10)의 함몰부와 함몰부 사이의 간격(DH)이 거의 0㎛가 되도록 하여, 반도체 기판(10)의 반사율이 최소가 되도록 함과 아울러 반도체 기판(10)의 제 1 고농도 도핑부(121A) 및 제 2 고농도 도핑부(121B)가 적절히 형성되도록 반도체 기판(10)을 에칭할 수 있다.
또한, 도 13에서 설명한 마스크(200)와 다르게, 본 발명에 따른 태양 전지(1)의 제조 방법에는 도 14와 같은 마스크(200)를 이용할 수도 있다.
즉, 도 14에서 (a)는 마스크(200)의 전체 평면을 도시한 것이고, (b)는 마스크(200)의 일부분을 도시한 것이다. 도 14와 같은 마스크(200)의 경우에도, 다결정 실리콘 기판(110)의 입사면에 핑거 전극(151)이 형성될 영역과 대응되는 영역(A151)과 전면 버스바(152)가 형성될 부분과 대응되는 영역(A152), 즉 제 1 고농도 도핑부(121A)가 형성될 영역에는 복수 개의 홀(200h)이 형성되지 않고, 나머지 영역인 제 2 고농도 도핑부(121B)가 형성될 영역에만 도시된 바와 같이 복수 개의 홀이 형성되도록 할 수 있다.
여기서, 복수 개의 홀(200h)의 배열은 일례로 도 13과 다르게, 격자형 구조와 같은 배열을 가질 수 있으며, 각 홀(200h)의 형상은 사각형 형태를 가질 수 있다.
도 14와 같은 경우에도, 홀(200h)의 가로 및 세로 폭(W1, W2)은 각각 1㎛~10㎛ 사이의 값을 가질 수 있으며, 홀(200h)과 홀(200h) 사이의 가로 및 세로 간격(D1, D2)은 2㎛~20㎛ 사이의 값을 가질 수 있다.
아울러, 이와 같은 경우에도, 홀(200h)과 홀(200h) 사이의 간격(D1, D2)은 홀(200h) 폭(W1, W2)의 2배 이하가 되도록 할 수 있다.
도 14와 같은 마스크(200)를 사용하여 반도체 기판(10)의 입사면을 에칭할 경우에는, 도 1 내지 도 4와 다르게, 반도체 기판(10)의 입사면에 형성되는 함몰부의 평면 형태가 도 14에 도시된 마스크(200)의 홀(200h) 형태와 유사하게 사각형이 될 수도 있다.
다음, 도 6에서와 같이 도 13 또는 도 14의 마스크(200)를 배치한 상태에서, 도 7과 같이 반도체 기판(10)의 입사면을 에칭하여 반도체 기판(10)의 전면에 복수 개의 함몰부를 형성하는 에칭 단계가 수행된다. 여기서, 반도체 기판(10)의 입사면을 에칭하는 방법은 등방성 습식 에칭이 이용될 수 있다. 이에 따라 도 7과 같이, 반도체 기판(10)의 입사면 표면에서 에칭되는 방향은 반도체 기판(10)의 깊이 방향 뿐만 아니라 측면 방향으로 동일한 거리로 에칭될 수 있다.
이후, 도 8과 같이 마스크(200)를 제거하면, 도 8과 같이 측면에서 보았을 때에, 다결정 실리콘 기판(110) 및 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑된 부분(121’)의 입사면 중에서 P1 부분을 제외한 부분은 복수 개의 함몰된 형태를 포함할 수 있다.
다음, 도 9와 같이, 복수 개의 함몰부가 형성된 다결정 실리콘 기판(110)의 전면에 제 2 도전성 타입의 불순물을 도핑하는 제 2 도핑 단계를 수행한다.
이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑된 부분(121’) 중에서 복수 개의 함몰된 형태를 포함하는 부분은 제 2 고농도 도핑부(121B)로 형성되고, 복수 개의 함몰부를 포함하지 않는 P1 부분은 제 1 고농도 도핑부(121A)로 형성되고, 아울러, 에미터부(122)는 다결정 실리콘 기판(110)의 함몰부 하부면을 포함하여 제 2 고농도 도핑부(121B)의 후면에 형성될 수 있다.
여기서, 도 5와 같은 제 1 도핑 단계와 도 9와 같은 제 2 도핑 단계의 도핑 농도는 동일할 수도 있으나, 제 1 도핑 단계의 도핑 농도가 제 2 도핑 단계의 도핑 농도보다 높을 수도 있다.
제 1 도핑 단계와 제 2 도핑 단계의 도핑 농도가 동일한 경우, 고농도 도핑부(121)는 제 1 도핑 단계와 제 2 도핑 단계를 통하여 두 번의 도핑이 이루어지므로, 에미터부(122)보다 제 2 도전성 타입의 불순물이 보다 고농도로 도핑되어 고농도 도핑부(121)가 형성될 수 있다.
또한, 제 1 도핑 단계의 도핑 농도가 제 2 도핑 단계의 도핑 농도보다 높은 경우, 제 1 도핑 단계만으로도 고농도 도핑부(121)가 형성될 수 있다.
결과적으로, 제 1 도핑 단계 내지 제 2 도핑 단계를 통하여 고농도 도핑부(121)와 에미터부(122)가 형성될 수 있으며, 고농도 도핑부(121)의 면저항은 5Ω/sq. ~ 40Ω/sq.사이의 값을 가져 80Ω/sq. ~ 120Ω/sq.사이의 값을 가지는 에미터부(122)의 면저항보다 낮게 형성되어, 고농도 도핑부(121)가 반도체 채널로서 역할을 수행할 수 있다.
이와 같은 제 1 도핑 단계, 에칭 단계 및 제 2 도핑 단계를 통하여 도 3 및 도 4에서 전술한 바와 같이 에미터부(122) 및 고농도 도핑부(121)가 형성될 수 있다.
이와 같이, 반도체 기판(10)의 내부에 고농도 도핑부(121)와 에미터부(122)가 형성된 이후, 도 10과 같이, 반도체 기판(10)의 입사면 상부에 반사 방지막(130)을 형성할 수 있다.
이와 같은 경우, 에미터부(122) 및 제 2 고농도 도핑부(121B)의 상부에서는 반사 방지막(130)도 복수의 함몰된 형태로 형성되나, 제 1 고농도 도핑부(121A)의 상부에 위치하는 반사 방지막(130)의 일부분에는 복수의 함몰부가 형성되지 않는다.
이후, 도 11과 같이, 제 1 고농도 도핑부(121A)의 상부에 위치하는 반사 방지막(130)의 상부 부분에는 전면 전극부(150)(일례로 핑거 전극(151)))를 형성하기 위한 물질(51)을 형성시키고, 반도체 기판(10)의 후면에는 후면 전극부(160)를 형성하기 위한 물질(60)을 형성시킨다.
이후, 도 12와 같이, 열공정을 통하여 반도체 기판(10)의 입사면에 형성된 핑거 전극(151)을 형성하기 위한 물질(51)이 반사 방지막(130)을 뚫고 들어가 제 1 고농도 도핑부(121A)와 전기적으로 접촉되어 핑거 전극(151)이 형성되고, 반도체 기판(10)의 후면에 형성된 후면 전극부(160)를 형성하기 위한 물질(60)도 동일한 열공정에 의하여 후면 전극부(160)로 형성되고, 아울러 후면 전극부(160)에 포함된 제 1 타입의 불순물이 반도체 기판(10)의 후면 내부로 확산되어 후면 전계부(170)가 형성된다.
이에 따라, 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 태양 전지(1)가 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법은 복수 개의 홀을 포함한 고농도 도핑부(121)와 고농도 도핑부(121) 후면에 에미터부(122)를 구비하고, 복수 개의 함몰부가 입사면 표면에 형성된 반도체 기판(10)을 보다 용이하게 제조할 수 있도록 하여 공정 수율을 향상시키는 효과가 있다. 아울러, 본 발명에 따른 태양 전지 제조 방법은 반도체 기판(10)으로 상대적으로 가격이 저렴한 다결정 실리콘 웨이퍼(multi-silicon wafer)를 사용하면서 고농도 도핑부(121)를 형성함으로써, 가격이 저렴하면서도 상대적으로 광전 변환 효율이 향상된 태양 전지를 제조 할 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 (23)

  1. 제 1 도전성 타입의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘 기판;
    상기 다결정 실리콘 기판의 입사면인 전면의 상부에 위치하며 상기 제 1 도전성 타입과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 상기 다결정 실리콘 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부;
    상기 다결정 실리콘 기판의 전면 상부에 위치하며 상기 제 2 도전성 타입의 불순물이 상기 에미터부보다 고농도로 도핑된 제 1 고농도 도핑부;
    상기 제 1 고농도 도핑부의 전면 상부에 배치되는 전면 전극부;
    상기 에미터부의 전면 상부에 형성되는 반사 방지막; 및
    상기 다결정 실리콘 기판의 후면 상부에 배치되는 후면 전극부;를 포함하며,
    상기 에미터부의 전면은 곡면을 포함하는 복수 개의 함몰부를 포함하며,
    상기 복수 개의 함몰부에서 서로 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 거리들은 오차 범위 내에서 서로 동일한 태양 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터부와 접촉하는 상기 다결정 실리콘 기판의 표면은 곡면을 갖는 함몰된 형상을 갖는 태양 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터부는 상기 제 1 고농도 도핑부의 후면 중에서 적어도 일부에는 형성되지 않는 태양 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고농도 도핑부의 전면 및 후면의 표면은 평탄면을 가지는 태양 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양 전지는 상기 에미터부 전면 상부 중 일부분에 더 형성되는 제 2 고농도 도핑부를 더 포함하는 태양 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 고농도 도핑부는 상기 에미터부의 전면 상부 중 상기 복수 개의 함몰부 사이의 상부에 형성되는 태양 전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 고농도 도핑부의 측면은 곡면을 갖는 태양 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 상기 고농도 도핑부에 형성된 곡면은 상기 에미터부에 포함된 함몰부의 곡면과 연속되는 태양 전지.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 반사 방지막은 상기 에미터부 및 상기 제 2 고농도 도핑부와 접촉하는 태양 전지.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 반사 방지막의 전면 표면은 상기 에미터부 및 상기 제 2 고농도 도핑부에 의해 형성된 함몰 형상에 대응하여 함몰된 형상을 갖는 태양 전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터부에 형성된 복수 개의 함몰부는 중심부가 열 방향 및 행 방향으로 서로 일치하는 태양 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터부에 형성된 복수 개의 함몰부는 중심부가 열 방향 및 행 방향 중 적어도 하나의 방향으로 서로 일치하지 않는 태양 전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터부에 형성된 상기 복수 개의 함몰부의 배열 형태는 삼각형 또는 사각형인 태양 전지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터부에 형성된 복수 개의 함몰부의 평면 형상은 삼각형, 사각형, 다각형 또는 원형인 태양 전지.
  15. 제 1 항에 있어서,
    서로 인접한 두 함몰부의 중심부 사이의 거리들에 대한 오차 범위는 10% 이내인 태양 전지.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고농도 도핑부의 면저항은 5Ω/sq. ~ 40Ω/sq.인 태양 전지.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 에미터부의 면저항은 80Ω/sq. ~ 120Ω/sq.인 태양 전지.
  18. 제 1 타입의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘 기판의 입사면인 전면을 상기 제 1 타입의 불순물과 반대인 제 2 도전성 타입의 불순물로 도핑하는 제 1 도핑 단계;
    상기 제 1 도핑 단계 이후, 상기 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑된 상기 다결정 실리콘 기판의 전면 상부에 복수 개의 홀이 형성된 마스크를 배치하는 단계;
    상기 마스크가 배치된 상태에서 상기 다결정 실리콘 기판의 전면을 에칭하여 상기 제 2 도전성 타입의 불순물이 도핑된 부분과 상기 다결정 실리콘 기판의 전면에 복수 개의 함몰부를 형성하는 에칭 단계;
    상기 복수 개의 함몰부가 형성된 다결정 실리콘 기판의 전면에 상기 제 2 도전성 타입의 불순물로 도핑하는 제 2 도핑단계;
    를 포함하는 태양 전지 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 도핑단계에서 상기 제 2 타입의 불순물의 도핑 농도는 상기 제 2 도핑단계에서 상기 제 2 타입의 불순물의 도핑 농도보다 높은 태양 전지 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 마스크에 형성된 복수 개의 홀은 전면 전극부가 형성될 영역을 제외한 나머지 영역과 대응하는 부분에 형성되는 태양 전지 제조 방법.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 마스크에 형성된 각 홀 사이의 간격은 각 홀 폭의 1.5배 내지 2.5배 보다 작은 태양 전지 제조 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 에칭 단계는 등방성 습식 에칭(wet etching)을 이용하는 태양 전지 제조 방법.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 타입의 불순물은 상기 제 1 도핑 단계보다 상기 제 2 도핑 단계에 의해 상기 다결정 실리콘 기판의 내부로 더 깊이 도핑되는 태양 전지 제조 방법.
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